ESD保护器件的制作方法

esd保护器件
技术领域
1.本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种esd保护器件。


背景技术：

2.随着微电子器件向尺寸微缩和功能集成，芯片的静电防护(electro-static discharge，esd)变得越来越重要。在芯片正常工作时，esd保护电路处于关闭状态，不影响正常电路工作；一旦esd事件发生时esd保护电路快速开启提供esd泄放路径，泄放esd大电流，以免esd放电时，静电电流流入内部电路而造成损伤，从而达到保护集成电路的目的。
3.传统的esd保护器件中，通过增加有源区的阵列(array)个数提高esd保护能力，但是，会导致版图面积(layout area)和寄生电容增加。以图1a和图1b所示的有源区以及图2所示的esd保护器件为例，有源区包括形成于衬底11中的一个第一注入区12和一个第二注入区13，第一注入区12与第二注入区13注入的离子的导电类型不同，且二者通过浅沟槽隔离结构14隔开，第一注入区12和第二注入区13位于阱区15的顶部，阱区15与第一注入区12注入的离子的导电类型相同，阱区15与第二注入区13形成二极管；第一注入区12为空心(即环形)的正四边形，第二注入区13为实心的正四边形；esd保护器件包括阵列排布的多个有源区，通过增加有源区的数量使得esd保护能力增大，但是导致版图面积增加且导致寄生电容增大。
4.但是，在实际应用中，需要强的esd保护能力的同时，还需要小的寄生电容。目前的解决办法是将多个二极管串联，但是此方案会大大增加版图面积。
5.因此，如何在提高esd保护能力以及降低寄生电容的同时，还能避免版图面积增大是目前亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种esd保护器件，能够在提高esd保护能力以及降低寄生电容的同时，还能避免版图面积增大。
7.为实现上述目的，本实用新型提供了一种esd保护器件，包括形成于衬底中的阵列排布的多个有源区，相邻的所述有源区之间接触连接，所述有源区包括第三注入区、围绕所述第三注入区且与所述第三注入区间隔设置的至少一个第二注入区及围绕最内侧的第二注入区的至少一个第一注入区，所述第二注入区与所述第一注入区从内到外交替间隔排布且最外侧为第一注入区；所述第一注入区和所述第三注入区为第一导电类型离子注入区，所述第二注入区为第二导电类型离子注入区。
8.可选地，所有所述第一注入区、所有所述第二注入区和所述第三注入区均为同心且同对称轴的正n边形环；或者，所述第三注入区为实心的正n边形，所有所述第一注入区和所有所述第二注入区均为与所述第三注入区同心且同对称轴的正n边形环。
9.可选地，相邻的两个所述有源区的最外侧的所述第一注入区部分重合或者有一条外周边重合。
10.可选地，所述esd保护器件还包括至少一个形成于多个所述有源区之间且与所述有源区相间隔的第四注入区，所述第四注入区为第二导电类型离子注入区。
11.可选地，所述第四注入区为实心的正m边形或正m边形环，m大于或等于3。
12.可选地，n大于或等于4。
13.可选地，所述esd保护器件还包括形成于所述衬底中的阱区，所述第一注入区、所述第二注入区、所述第三注入区和所述第四注入区位于所述阱区的顶部，所述阱区为第一导电类型离子注入区。
14.可选地，所述第一注入区与所述第二注入区之间、所述第二注入区与所述第三注入区之间以及所述第一注入区和所述第四注入区之间均形成有浅沟槽隔离结构。
15.可选地，所述第一注入区和所述第三注入区为同一工艺制造层，所述第二注入区和所述第四注入区为同一工艺制造层。
16.可选地，若所述第一导电类型为p型，所述第二导电类型为n型，则所述第一注入区和第三注入区作为阴极，所述第二注入区和所述第四注入区作为阳极；
17.若所述第一导电类型为n型，所述第二导电类型为p型，则所述第一注入区和第三注入区作为阳极，所述第二注入区和所述第四注入区作为阴极。
18.与现有技术相比，本实用新型的esd保护器件，包括形成于衬底中的阵列排布的多个有源区，相邻的所述有源区之间接触连接，所述有源区包括第三注入区、围绕所述第三注入区且与所述第三注入区间隔设置的至少一个第二注入区及围绕最内侧的第二注入区的至少一个第一注入区，所述第二注入区与所述第一注入区从内到外交替间隔排布且最外侧为第一注入区；所述第一注入区和所述第三注入区为第一导电类型离子注入区，所述第二注入区为第二导电类型离子注入区。本实用新型的esd保护器件能够在提高esd保护能力以及降低寄生电容的同时，还能避免版图面积增大。
附图说明
19.图1a是一种有源区的俯视示意图；
20.图1b是一种有源区的纵向剖面示意图；
21.图2是一种esd保护器件的俯视示意图；
22.图3a是本实用新型实施例一的有源区的俯视示意图；
23.图3b是图3a所示的有源区的纵向剖面示意图；
24.图4是本实用新型实施例一的esd保护器件的俯视示意图；
25.图5a是本实用新型实施例二的有源区的俯视示意图；
26.图5b是本实用新型实施例二的esd保护器件的俯视示意图；
27.图6a是本实用新型实施例三的有源区的俯视示意图；
28.图6b是本实用新型实施例三的esd保护器件的俯视示意图。
29.其中，附图1a～图6b的附图标记说明如下：
30.11-衬底；12-第一注入区；13-第二注入区；14-浅沟槽隔离结构；15-阱区；21-衬底；22-第一注入区；23-第二注入区；24-第三注入区；25-第四注入区；26-阱区；27-浅沟槽隔离结构。
具体实施方式
31.为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本实用新型提出的esd保护器件作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
32.本实用新型一实施例提供一种esd保护器件，包括形成于衬底中的阵列排布的多个有源区，相邻的所述有源区之间接触连接，所述有源区包括第三注入区、围绕所述第三注入区且与所述第三注入区间隔设置的至少一个第二注入区及围绕最内侧的第二注入区的至少一个第一注入区，所述第二注入区与所述第一注入区从内到外交替间隔排布且最外侧为第一注入区；所述第一注入区和所述第三注入区为第一导电类型离子注入区，所述第二注入区为第二导电类型离子注入区。
33.下面参阅图3a～图6b更为详细的介绍本实施例提供的esd保护器件。其中，实施例中的实心的正n边形、正n边形环、实心的正m边形和正m边形环均是指各个注入区的横截面的形状。
34.阵列排布的多个有源区形成于衬底21中，相邻的所述有源区之间接触连接，以形成为规则紧凑的阵列(array)结构。
35.所述有源区包括第三注入区24、围绕所述第三注入区24且与所述第三注入区24间隔设置的至少一个第二注入区23及围绕最内侧的第二注入区23的至少一个第一注入区22，所述第二注入区23与所述第一注入区22从内到外交替间隔排布且最外侧为第一注入区22。其中，所述第一注入区22和所述第二注入区23的数量由所述第一注入区22和所述第二注入区23的间距和宽度、最内侧的所述第二注入区23与所述第三注入区24的间距以及esd保护器件的性能要求决定。
36.所述第一注入区22和所述第三注入区24为第一导电类型离子注入区，所述第二注入区23为第二导电类型离子注入区。
37.在每个所述有源区中，各个注入区之间同心且同对称轴。其中，所有所述第一注入区22、所有所述第二注入区23和所述第三注入区24均为同心且同对称轴的正n边形环(即空心的正n边形)；或者，所述第三注入区24为实心的正n边形，所有所述第一注入区22和所有所述第二注入区23均为与所述第三注入区24同心且同对称轴的正n边形环。其中，n可以大于或等于4。
38.需要说明的是，各个注入区之间同对称轴是指各个注入区之间所有的对称轴相同。如图3a所示，所述第三注入区24为实心的正八边形，所述第一注入区22和所述第二注入区23为正八边形环，实心的正八边形与正八边形环同心且具有八个相同的对称轴；如图5a所示，所述第三注入区24为实心的正六边形，所述第一注入区22和所述第二注入区23为正六边形环，实心的正六边形与正六边形环同心且具有六个相同的对称轴；如图6a所示，所述第三注入区24为实心的正四边形，所述第一注入区22和所述第二注入区23为正四边形环，实心的正四边形与正四边形环同心且具有四个相同的对称轴。
39.在每个所述有源区中，所述第一注入区22、所述第二注入区23和所述第三注入区24的边一一对应平行，以使得所述有源区中的每个位置的抗压能力均匀。
40.优选地，在每个所述有源区中，相邻注入区之间的间距均相等，即相邻的所述第一注入区22和所述第二注入区23之间的间距与相邻的所述第二注入区23和所述第三注入区
24之间的间距相等。
41.由于每个所述有源区中的各个注入区同心且同对称轴以及相邻注入区之间的间距均相等，使得阵列排布的多个所述有源区均匀分布，且esd的均一性得到增强；并且，当esd事件发生时，能够确保所有结同时同步开启来泄放esd电流，使其利用率达到最大化。
42.在图3a～图6b所示的实施例中，所述有源区均包括一个第一注入区22、一个第二注入区23和一个第三注入区24，所述第一注入区22、所述第二注入区23和所述第三注入区24从外到内依次间隔排布，且所述第一注入区22、所述第二注入区23和所述第三注入区24同心且同对称轴；在图3a、图3b和图4所示的实施例中，n等于8，即所述第一注入区22和所述第二注入区23为正八边形环，所述第三注入区24为实心的正八边形；在图5a和图5b所示的实施例中，n等于6，即所述第一注入区22和所述第二注入区23为正六边形环，所述第三注入区24为实心的正六边形；在图6a和图6b所示的实施例中，n等于4，即所述第一注入区22和所述第二注入区23为正四边形环，所述第三注入区24为实心的正四边形。
43.并且，相邻的所述有源区之间接触连接时，如图4、图5b和图6b所示，相邻的两个所述有源区的最外侧的所述第一注入区22部分重合，此时，相邻的两个所述有源区发生部分重合；或者，相邻的两个所述有源区的最外侧的所述第一注入区22仅有一条外周边重合，此时，相邻的两个所述有源区未发生重合。
44.优选的，所述esd保护器件还包括至少一个形成于多个所述有源区之间且与所述有源区相间隔的第四注入区25，所述第四注入区25为第二导电类型离子注入区。其中，所述第四注入区25可以位于多个所述有源区接触连接所围成的空间中，所述空间的形状由所述有源区的最外侧的第一注入区22的形状决定。
45.优选的，所述第四注入区25与所述有源区的最外侧的第一注入区22之间的间距等于所述有源区中的各个相邻注入区之间的间距。
46.所述第四注入区25可以为正m边形环(即空心的正m边形)或实心的正m边形，m大于或等于3。在图4所示的实施例中，n等于8，m等于4，所述空间的形状为正四边形，所述第四注入区25为实心的正四边形。在其他实施例中，若n等于12，则m等于3，即所述第一注入区22、所述第二注入区23和所述第三注入区24为同心的正十二边形，所述空间的形状为正三角形，所述第四注入区25为正三角形环或实心的正三角形。
47.其中，所述第四注入区25的外周边可以与所述空间的边一一对应平行或不平行。
48.如图3a～图6b所示，所述esd保护器件还包括形成于所述衬底21中的阱区26，所述阱区26包围所述有源区，所述第一注入区22、所述第二注入区23、所述第三注入区24和所述第四注入区25位于所述阱区26的顶部，所述阱区26为第一导电类型离子注入区。所述衬底21注入的离子的导电类型为p型。
49.所述第一注入区22与所述第二注入区23之间、所述第二注入区23与所述第三注入区24之间以及所述第一注入区22和所述第四注入区25之间均形成有浅沟槽隔离结构27。其中，所述浅沟槽隔离结构27的底面可以高于所述阱区26的底面。
50.在正常工作时，加反向偏置电压，若所述第一导电类型为p型，所述第二导电类型为n型，则所述第一注入区22和第三注入区24作为阴极，所述第二注入区23和所述第四注入区25作为阳极；若所述第一导电类型为n型，所述第二导电类型为p型，则所述第一注入区22和第三注入区24作为阳极，所述第二注入区23和所述第四注入区25作为阴极。esd保护器件
处于反偏关态，低漏电，不影响内部电路的正常工作。
51.并且，在esd保护器件中，若包含所述第四注入区25，则多个为第二导电类型离子注入区的所述第二注入区23和所述第四注入区25与为第一导电类型离子注入区的所述阱区26形成一个紧凑规则的二极管；若未包含所述第四注入区25，则多个为第二导电类型离子注入区的所述第二注入区23与为第一导电类型离子注入区的所述阱区26形成一个紧凑规则的二极管。例如，在图4所示的实施例中，六个所述第二注入区23、两个所述第四注入区25与所述阱区26形成一个二极管；在图5b所示的实施例中，七个所述第二注入区23与所述阱区26形成一个二极管；在图6b所示的实施例中，六个所述第二注入区23与所述阱区26形成一个二极管。
52.另外，优选的，所述第一注入区22和所述第三注入区24为同一工艺制造层(即采用同一道工艺形成)，所述第二注入区23和所述第四注入区25为同一工艺制造层；同一工艺制造层指具备相同注入浓度和相同注入深度等的同一工艺步骤实现完成。在制造所述第一注入区22、所述第三注入区24、所述第二注入区23和所述第四注入区25时，采用同一掩膜板进行离子注入形成所述第一注入区22和所述第三注入区24，采用同一掩膜板进行离子注入形成所述第二注入区23和所述第四注入区25。那么，所述第二注入区23、所述第四注入区25与所述阱区26仅形成一种类型的pn结；其中，所述第二注入区23和所述第四注入区25为n+注入区，所述阱区26为p阱时，pn结的类型为n+/p well型；所述第二注入区23和所述第四注入区25为p+注入区，所述阱区26为n阱时，pn结的类型为p+/nwell型。
53.在esd保护器件的版图面积不变的情况下，在图1a和图1b所示的有源区以及图2所示的esd保护器件中，第一注入区12的两相对平行的外周边之间的距离为l1，第二注入区13的两相对平行边之间的距离为l2；在本实用新型提供的有源区和esd保护器件中，图3a～图4以及图6a～图6b所示的实施例中，所述第一注入区22的两相对平行的外周边之间的距离也为l1，所述第二注入区23的两相对平行的外周边之间的距离为l2，图5a～图5b所示的实施例中，所述第一注入区22外周的两相对角的顶点之间的距离也为l1，所述第二注入区23外周的两相对角的顶点之间的距离也为l2。
54.但是，与图1a～图1b和图2中所示的实心的正四边形的第二注入区13相比，本实用新型中的所述第二注入区23变为空心的正n边形环(图3a～图3b和图4～图6b中的第二注入区23分别变为空心的正八边形环、正六边形环和正四边形环)，且在空心的第二注入区23所包围的区域中增加空心的正m边形环或实心的正m边形的第三注入区24(图3a～图3b和图4～图6b中的第三注入区24分别变为实心的正八边形、正六边形和正四边形)，使得与图1a～图1b和图2中所示的有源区相比，本实用新型中增加了空心的第二注入区23的内周边的周长以及第三注入区24的外周边的周长，若所述第三注入区24为空心的正m边形环，则还增加了第三注入区24的内周边的周长，从而使得所述有源区的周长得到明显增大，散热更好，进而使得esd保护器件的保护能力得到提高；并且，由于每个所述有源区中的第二注入区23由实心的形状变为空心的形状，使得所述有源区的面积大大减小，进而使得寄生电容减小。
55.因此，在esd保护器件中的有源区的数量相同，即esd保护器件的版图面积相同的情况下，相比图1a～图1b和图2中所示的esd保护器件，本实用新型的esd保护器件中的有源区的周长得到明显增大且面积大大减小，进而使得esd保护器件的保护能力得到提高且寄生电容得到减小。
56.另外，若所述esd保护器件还包括所述第四注入区25，则不仅使得结构更加紧凑，而且，与图1a～图1b和图2所示的有源区相比，还增加了所述第四注入区25与所述阱区26形成的pn结以及增加了所述第四注入区25的周长，使得结面积和周长进一步得到增大，从而使得散热更好，进而使得esd保护能力进一步得到提高。
57.综上所述，本实用新型的esd保护器件包括形成于衬底中的阵列排布的多个有源区，相邻的所述有源区之间接触连接，所述有源区包括第三注入区、围绕所述第三注入区且与所述第三注入区间隔设置的至少一个第二注入区及围绕最内侧的第二注入区的至少一个第一注入区，所述第二注入区与所述第一注入区从内到外交替间隔排布且最外侧为第一注入区；所述第一注入区和所述第三注入区为第一导电类型离子注入区，所述第二注入区为第二导电类型离子注入区。本实用新型的esd保护器件能够在提高esd保护能力以及降低寄生电容的同时，还能避免版图面积增大。
58.上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。