一种同时适用于高低温应用的可控硅整流器器件及电路的制作方法

本发明涉及可控硅整流器，具体涉及一种同时适用于高低温应用的可控硅整流器器件及等效的可控硅整流器电路。

背景技术：

1、可控硅整流器（silicon controlled rectifier，scr）是一种新兴的静电放电（electrostatic discharge，esd）防护器件。scr最大的特点是具有极强的泄放能力，可以为电路提供更低的钳位电压（clamp voltage）。

2、常规型scr器件的anode（阳极）→cathode（阴极）的电路等效图如图1（a）所示，该电路由npn、pnp三极管以及scr通路组成。以附图1（a）为例，scr器件的导通机理详细描述如下：

3、当esd电流由阳极流入阴极后，pnp三极管和npn三极管的集电结，会率先发生雪崩击穿，产生电子电流和空穴电流，分别经电阻rn阱和电阻rp阱流经到器件阳极和阴极。又由于电阻rn阱会使阳极与pnp基极产生电位差，从而加速了pnp三极管的正向导通。同理，rp阱产生的压降作用于npn三极管基极，加速了npn三极管的正向导通。当npn三极管和pnp三极管导通后会相互耦合，形成正反馈电路，进一步加速scr路径的电流导通。因此scr器件具有强大的电流导通效率，只需要维持到很低的电压就能实现对esd电流的泄放。图1（b）为常规型scr器件实现anode→cathode电流泄放的版图示意图，该示意图是一种经典的“条状”版图，在衬底p110上，设置了一个n阱n120和一个p阱p130，n阱内设有一个通过金属互联线101分别与阳极相连的n+重掺杂有源区121和p+重掺杂有源区124，p阱内设有一个通过金属互联线102分别与阴极相连的n+重掺杂有源区131和p+重掺杂有源区134，每个重掺杂有源区的形状为“条形”，且平行地分布在各自所属的阱区内，“条状”版图的优点是设计简单，其结构剖面图如图 1（c）所示，每个重掺杂有源区的上表面均设有金属硅化物层122、123、132、133。图1（c）显示了常规型scr器件anode→cathode的pnp通路、npn通路和scr通路。

4、但是，scr较低的维持电压（holding voltage）可能会使器件发生闩锁（latch-up），如果scr在芯片正常工作时被误触发开启，当scr的i-v曲线落入被保护电路的latch-up区后，scr会一直保持开启，不仅影响被保护电路正常工作时的功耗，并且长久的开启状态还会造成scr器件的永久性损坏。

5、为了将scr器件应用到中、高压电路，通常研究人员需要精心地优化器件结构，尽量打破scr内部两个寄生bjt（双极性晶体管）之间的正反馈效应，以显著提升scr的维持电压，避免潜在的闩锁风险。目前市面上针对scr维持电压的优化已经有大量的研究工作。“分割型”scr器件便是其中一种。

6、如图2（a）和图2（b）所示，现有“分割型”scr器件的设计构思为：

7、在版图上将连接阳极的p+重掺杂有源区124分割成均匀的m块（m≥1），n+分割块126和p+分割块交错排列，其中n+分割块126的总个数为a（0≤a≤m），p+分割块的总个数为（m-a），w为n+分割块126的长度；同样将连接阴极的n+重掺杂有源区131也分割成均匀的m块（m≥1），n+分割块和p+分割块135交错排列，其中p+分割块135的总个数为a（0≤a≤m），n+分割块的总个数为（m-a），w为p+分割块135的长度；此时连接阳极的p+重掺杂有源区124和连接阴极的n+重掺杂有源区131的路径由一个完整的p-n-p-n的scr路径变成了pnp-2路径、npn-2路径和scr路径，这样做的目的是为了分流出pnp-2路径和npn-2路径来减少scr的增益作用，最终有效地增加scr器件的维持电压，避免其应用在中、高压电路中时产生潜在的闩锁问题。

8、在现有“分割型”scr器件中，pnp-2和npn-2各自的发射极和基极所占的面积之比称为发射比率（用ration表示），如图2（b）所示，。在实际应用时，通过调节上述ration，可以进一步调控scr的维持电压值，以在无闩锁风险的前提下达到最优的静电防护效果。“分割型”scr器件沿a-a’切线的结构剖面图与图1（c）的结构相同，沿b-b’切线的结构剖面图如图2（c）所示，其中，n阱n120内的n+分割块126上表面设置一层金属硅化物层125，p+重掺杂有源区124上表面设置一层金属硅化物层123，p阱p130内的p+分割块135上表面设置一层金属硅化物层136，n+重掺杂有源区131上表面设置一层金属硅化物层132。

9、上述“分割型”scr器件在低温或常温下的i-v曲线如图3（a）所示，高温下的i-v曲线如图3（b）所示。在低温或常温下，scr器件可提供较高的维持电压，使得i-v曲线避免了落在被保护电路的latch-up区。但是在高温下，由于当温度升高时，scr内部寄生bjt的电流增益会大幅增加，因而两个bjt的正反馈效应也会显著加强，这会使得scr的维持电压重新回落到一个较低的水平，当i-v曲线落在被保护电路的latch-up区时，会重新诱导出闩锁风险，此时scr会一直保持开启，不仅影响被保护电路正常工作时的功耗，并且长久的开启状态还会造成scr器件的损坏。

10、因此，上述优化scr维持电压的手段，通常仅仅适用于室温下，对于一些工作在高温下的芯片，如汽车电子类芯片，其实并不适用。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的问题，本发明提供一种同时适用于高低温应用的可控硅整流器器件，还提供一种等效的可控硅整流器电路。

2、本发明同时适用于高低温应用的可控硅整流器器件，包括第一导电类型衬底，设置在第一导电类型衬底上的第一导电类型阱区和第二导电类型阱区，其中，所述第一导电类型阱区内设有第一有源区，所述第一有源区被均匀的分割为m块，m为正整数，包括交错排列的第一导电类型分割块和第二导电类型分割块，所述第一有源区内的第一导电类型分割块和第二导电类型分割块均与第一端口电性连接，所述第二导电类型阱区内设有第二有源区，所述第二有源区被均匀的分割为m块，包括交错排列的第一导电类型分割块和第二导电类型分割块，所述第二有源区内的第一导电类型分割块和第二导电类型分割块均与第二端口电性连接，所述第一有源区内的第一导电类型分割块与所述第二有源区内的第二导电类型分割块的数量相等，并一一对应设置，所述第一有源区内的第二导电类型分割块与所述第二有源区内的第一导电类型分割块的数量相等，并一一对应设置，所述第一有源区内的第二导电类型分割块表面设有不完全覆盖所述第二导电类型分割块的硅化物阻挡层，所述第二有源区的第一导电类型分割块表面设有不完全覆盖所述第二导电类型分割块的硅化物阻挡层。

3、进一步地，还包括设置在所述第一导电类型阱区内的第一导电类型有源区，所述第一端口通过所述第一导电类型有源区分别与所述第一有源区内的第一导电类型分割块和第二导电类型分割块相连。

4、进一步地，还包括设置在所述第二导电类型阱区内的第二导电类型有源区，所述第二端口通过所述第二导电类型有源区分别与所述第二有源区内的第一导电类型分割块和第二导电类型分割块相连。

5、进一步地，所述第一导电类型有源区、第一有源区、第二有源区、第二导电类型有源区的形状相同，并列设置在所述第一导电类型衬底上。

6、进一步地，所述硅化物阻挡层的形状为长条状，横向贯穿设置在所述第一导电类型分割块或第二导电类型分割块的中部，所述第一导电类型分割块或第二导电类型分割块上表面的重掺杂块被分割为上下两部分，上下两部分分别通过金属互联线与相应端口电性连接。

7、进一步地，所述硅化物阻挡层设置在所述第一导电类型分割块或所述第二导电类型分割块的中部，所述硅化物阻挡层外围的重掺杂块分别通过金属互联线与相应端口电性连接。

8、进一步地，所述硅化物阻挡层的形状为环状，外边缘与所在的第一导电类型分割块或第二导电类型分割块的边缘重合，内侧的重掺杂块分别通过金属互联线与相应端口电性连接。

9、进一步地，所述同时适用于高低温应用的可控硅整流器器件的版图形状包括条状版图、环状版图、华夫饼状版图或多边形版图。

10、进一步地，所述同时适用于高低温应用的可控硅整流器器件的制造工艺包括纳米级互补型金属氧化物半导体工艺、三维鳍式场效晶体管、全环绕栅极晶体管工艺或绝缘衬底上的硅工艺。

11、本发明还提供一种可控硅整流器电路，包括pnp三极管和npn三极管，所述pnp三极管的第一p脚与第二端口相连，并通过由硅化物阻挡层形成的有源区电阻rnon-silicide与第二端口相连，所述pnp三极管的第二p脚与第一端口相连，并通过电阻rp阱与第一端口相连，所述npn三极管的第一n脚与第二端口相连，并通过电阻rn阱与第二端口相连,所述npn三极管的第二n脚与第一端口相连，并通过由硅化物阻挡层形成的有源区电阻rnon-silicide与第一端口相连，所述pnp三极管的n脚设置在所述npn三极管的第一n脚和电阻rn阱之间，所述npn三极管的p脚设置在所述pnp三极管的第二p脚和电阻rp阱之间。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明不仅能使器件在低温或常温下保持足够高的维持电压，并且在高温下能保持同样水平的维持电压，以避免发生闩锁风险。

13、本发明同时适用于高低温应用的可控硅整流器器件，通过优化版图布局和采用non-silicide电阻，可以在高低温下自动地调节scr器件内部的两个寄生bjt之间的正反馈强度，从而可使该器件同时适用于高低温应用场景。本发明为scr器件在高低温的应用中提供了一种良好的静电防护解决方案。