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【发明授权】一种冷备份电路的ESD保护结构及制备方法_北京时代民芯科技有限公司;北京微电子技术研究所_201910228889.1 

申请/专利权人:北京时代民芯科技有限公司;北京微电子技术研究所

申请日:2019-03-25

公开(公告)日:2021-06-08

公开(公告)号:CN110071103B

主分类号:H01L27/02(20060101)

分类号:H01L27/02(20060101);H01L29/06(20060101);H01L21/8232(20060101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2021.06.08#授权;2019.08.23#实质审查的生效;2019.07.30#公开

摘要:本发明公开了一种冷备份电路的新型ESD保护结构及制备方法,其中,该结构包括:P型衬底、P型衬底接触、叉指栅、MOS管源区、MOS管漏区、ESD注入层、第一连接接触孔、第二连接接触孔、第三连接接触孔、第四连接接触孔和硅化金属阻挡层。本发明在解决未接电的备份电路功耗过大,性能退化快的问题的同时,解决冷备份电路的高效率ESD保护的问题。

主权项:1.一种冷备份电路的ESD保护结构,其特征在于包括:P型衬底200、P型衬底接触202、叉指栅204、MOS管源区205、MOS管漏区206、ESD注入层207、第一连接接触孔208、第二连接接触孔209、第三连接接触孔210、第四连接接触孔212和硅化金属阻挡层211;其中,P型衬底200上形成P型衬底接触202,在P型衬底200形成叉指栅204,叉指栅204位于P型衬底接触202的内部;叉指栅204包括若干条栅,在叉指栅204的每条栅的两侧分别形成MOS管源区205和MOS管漏区206;ESD注入层207覆盖于叉指栅204、MOS管源区205和MOS管漏区206;硅化金属阻挡层211覆盖MOS管漏区206但不包括设置第三连接接触孔210的区域;叉指栅204开设有第一连接接触孔208,MOS管源区205开设有第二连接接触孔209,MOS管漏区206开设有第三连接接触孔210,P型衬底接触202开设有第四连接接触孔212;P型衬底接触202通过第四连接接触孔212与其它导电层连接,最终连接至电源VDD;MOS管源区205通过第二连接接触孔209连接至其它导电层,最终连接至电源VDD;MOS管漏区206通过第三连接接触孔210连接至其它导电层,最终连接至PAD端;叉指栅204通过第一连接接触孔208与其它导电层连接,最终连接至地。

全文数据:一种冷备份电路的新型ESD保护结构及制备方法技术领域本发明属于集成电路技术领域,尤其涉及一种冷备份电路的新型ESD保护结构及制备方法。背景技术集成电路处于空间应用,备份电路处于上电状态时会随着工作电路处于电路环境中而出现快速的性能退化,冷备份电路应用于系统未上电不工作的部分,可以解决未接电的备份电路和系统可能导致的总线逻辑操作失误以及系统功耗过大的问题。冷备份电路的设计主要涉及到两部分的设计,一是,IO单元的驱动级BUFFER,而另一个非常重要的设计部分就是ESD保护电路,本发明主要涉及的是ESD保护电路部分的设计。常规标准IO单元的ESD保护主要为输入输出端口PAD到地GND和PAD到电源VDD的保护,PAD到GND的保护结构使用GGNMOS结构,PAD到VDD的保护结构使用GDPMOS结构。而GDPMOS结构位于NWELL中,所以PAD端到VDD存在一个很大的寄生二极管,当PAD端接高电平而VDD为零偏压时,只要超过正向二极管的导通电压,该寄生二极管会开启,形成一个漏电通路,存在大的漏电流。因此切断该寄生二极管通路,保证PAD端接高电平而VDD为零偏压时没有漏电通路是冷备份电路的目的和实现手段。目前具有冷备份功能的IO单元ESD保护的主流设计是直接删除PAD到VDD之间的GDPMOS管,只保留PAD端到GND的GGNMOS保护结构,使正脉冲保护只能依靠GGNMOS的源、漏和衬底之间形成的PN结被反向击穿,这样做虽然保证了IO单元的冷备份功能,却是以牺牲整体电路ESD保护网络的完整性为代价的,保护作用并不十分可靠,甚至可能大幅度地减弱整体电路的ESD保护能力。发明内容本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种冷备份电路的新型ESD保护结构及制备方法,在解决未接电的备份电路功耗过大,性能退化快的问题的同时,解决冷备份电路的高效率ESD保护的问题。本发明目的通过以下技术方案予以实现:一种冷备份电路的新型ESD保护结构,其特征在于包括:P型衬底、P型衬底接触、叉指栅、MOS管源区、MOS管漏区、ESD注入层、第一连接接触孔、第二连接接触孔、第三连接接触孔、第四连接接触孔和硅化金属阻挡层;其中,P型衬底上形成P型衬底接触,在P型衬底形成叉指栅,叉指栅位于P型衬底接触的内部;叉指栅包括若干条栅,在叉指栅的每条栅的两侧分别形成MOS管源区和MOS管漏区;ESD注入层覆盖于叉指栅、MOS管源区和MOS管漏区;硅化金属阻挡层覆盖MOS管漏区但不包括设置第三连接接触孔的区域;叉指栅开设有第一连接接触孔,MOS管源区开设有第二连接接触孔,MOS管漏区开设有第三连接接触孔,P型衬底接触开设有第四连接接触孔;P型衬底接触通过第四连接接触孔与其它导电层连接,最终连接至电源VDD;MOS管源区通过第二连接接触孔连接至其它导电层,最终连接至电源VDD;MOS管漏区通过第三连接接触孔连接至其它导电层,最终连接至PAD端;叉指栅204通过第一连接接触孔与其它导电层连接,最终连接至地。上述冷备份电路的新型ESD保护结构中,所述第一连接接触孔的数量为多个,多个第一连接接触孔按列并行排列。上述冷备份电路的新型ESD保护结构中,所述第二连接接触孔的数量为多个,多个第二连接接触孔按行并行排列。上述冷备份电路的新型ESD保护结构中,所述第三连接接触孔的数量为多个,多个第三连接接触孔按行并行排列。上述冷备份电路的新型ESD保护结构中,所述第四连接接触孔的数量为多个,多个第四连接接触孔按行并行排列。一种冷备份电路的新型ESD保护结构制备方法,所述方法包括如下步骤:删除常规GDPMOS的N阱;将常规GDPMOS管的N阱阱接触1修改为P型阱接触202,并将其连接至GND电位;将常规GDPMOS管的P+注入修改为N+注入;将常规GDPMOS管的栅端由原来的接电源修改为接至地;原常规GDPMOS管的源区连接方式不变,接至电源VDD205;原常规GDPMOS管的漏区连接方式不变,接至输入输出端口PAD;在常规GDPMOS管的P+注入修改为N+注入后,在ESD保护管上增加ESD注入层,该ESD注入层能够制备深结MOS器件,消除漏端轻掺杂工序的尖端放电,提高器件的ESD保护能力。本发明与现有技术相比具有如下有益效果:本发明在不改变标准IO单元版图布局的前提下,不增加额外的工艺和工序条件下,通过修改标准IO单元中的常规GDPMOSESD保护结构的版图,去除了输入输出端口PAD到电源VDD之间的寄生二极管,保障了PAD端接高电平而VDD为零偏压时无漏电通路,即实现电路冷备份功能的同时,保证了IO单元的ESD鲁棒性及集成电路的网络的完整性,确保集成电路的高性能及高可靠性。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:图1为常规GDPMOS结构平面图;图2为常规GDPMOS结构剖面图;图3为本发明的冷备份电路的新型ESD保护结构的平面图;图4为本发明的冷备份电路的新型ESD保护结构的剖面图;图5为本发明的冷备份电路的新型ESD保护结构的原理图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。图3为本发明的冷备份电路的新型ESD保护结构的平面图;图4为本发明的冷备份电路的新型ESD保护结构的剖面图。如图3和图4所示,该冷备份电路的新型ESD保护结构包括:P型衬底200、P型衬底接触202、叉指栅204、MOS管源区205、MOS管漏区206、ESD注入层207、第一连接接触孔208、第二连接接触孔209、第三连接接触孔210、第四连接接触孔212和硅化金属阻挡层211;其中,P型衬底200上形成P型衬底接触202,在P型衬底200形成叉指栅204,叉指栅204位于P型衬底接触202的内部;叉指栅204包括若干条栅,在叉指栅204的每条栅的两侧分别形成MOS管源区205和MOS管漏区206;ESD注入层207覆盖于叉指栅204、MOS管源区205和MOS管漏区206。具体的,在叉指栅204、MOS管源区205和MOS管漏区206所占的区域的上部覆盖ESD注入层207。硅化金属阻挡层211覆盖MOS管漏区206但不包括设置第三连接接触孔210的区域;叉指栅204开设有第一连接接触孔208,MOS管源区205开设有第二连接接触孔209,MOS管漏区206开设有第三连接接触孔210,P型衬底接触202开设有第四连接接触孔212;P型衬底接触202通过第四连接接触孔212与其它导电层连接,最终连接至电源VDD;MOS管源区205通过第二连接接触孔209连接至其它导电层,最终连接至电源VDD;MOS管漏区206通过第三连接接触孔210连接至其它导电层,最终连接至PAD端;叉指栅204通过第一连接接触孔208与其它导电层连接,最终连接至地。具体的,在P型衬底200上形成P型衬底接触202,并在此有源区中形成叉指栅的N型MOS管,N型MOS管的源区205和漏区206皆为N+注入形成,在N型MOS管的源区205和漏区206中间位置淀积形成N型MOS管的叉指栅204,在N型MOS管的源区205和漏区206的正下方N型有源区与P型衬底接触面之间加入ESD注入层207,在N型MOS管的漏区206除去接触孔210的部分覆盖硅化金属阻挡区211。在N型MOS管的外围形成的环形P衬底接触202,P型衬底接触202在P型衬底200内,P型衬底接触202通过P型衬底接触的接触孔212与及其它导电层连接,最终连接至电源VDD;N型MOS管的源区205通过接触孔209连接至其它导电层,最终连接至电源VDD;N型MOS管的漏区206通过接触孔210连接至其它导电层最终连接至PAD端;N型MOS管的栅极204通过接触孔208与其它导电层连接,最终连接至地GND。工作原理:如图5所示,N型MOS管的衬底为P型衬底,且与源区共同连接至电源VDD,漏端连接至IO电路的PAD端,所以当PAD端接高电平而VDD为零偏压时,从PAD至VDD之间不存在通路,可以实现冷备份功能;与此同时,N型MOS管的栅端接至地GND,当ESD脉冲加到PAD与VDD之间,电流泄放原理与GGNMOS相同,通过雪崩击穿泄放ESD电流。图1为常规GDPMOS结构平面图,图2为常规GDPMOS结构剖面图。图3为本发明的冷备份电路的新型ESD保护结构的平面图;图4为本发明的冷备份电路的新型ESD保护结构的剖面图。本实施例还提供了一种冷备份电路的新型ESD保护结构制备方法,由图1至图4所示,在图1和图2所示的结构基础上修改为图3和图4所示的结构,其具体方法为:删除常规GDPMOS的N阱101;将常规GDPMOS管的N阱的阱接触102SN修改为SP,使之作为本发明结构的P型阱接触202,并将其连接至GND电位,这样就去除了输入输出端口PAD到电源VDD之间的寄生二极管;将常规GDPMOS管的P+注入103修改为N+注入SN,对应本发明中图3的N+注入203;将常规GDPMOS管的栅端104由原来的接电源VDD修改为接至地GND204;原常规GDPMOS管的源区105连接方式不变,接至电源VDD205;原常规GDPMOS管的漏区106连接方式不变,接至输入输出端口PAD206;在常规GDPMOS管的P+注入103修改为N+注入SN后,在满足设计规则的前提下,在本发明方法的ESD保护管上增加ESD注入层207,该ESDImplant层可以制备深结MOS器件,消除漏端轻掺杂工序的尖端放电,提高器件的ESD保护能力,该层制备普遍存在于标准IO单元中的GGNMOS保护结构中,因此本发明方法不会引入额外工艺及工序。本发明在不改变标准IO单元版图布局的前提下,不增加额外的工艺和工序条件下,通过修改标准IO单元中的常规GDPMOSESD保护结构的版图,去除了输入输出端口PAD到电源VDD之间的寄生二极管,保障了PAD端接高电平而VDD为零偏压时无漏电通路,即实现电路冷备份功能的同时,保证了IO单元的ESD鲁棒性,使集成电路的网络更完整,确保集成电路的高性能及高可靠性。以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式,本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

权利要求:1.一种冷备份电路的新型ESD保护结构,其特征在于包括:P型衬底200、P型衬底接触202、叉指栅204、MOS管源区205、MOS管漏区206、ESD注入层207、第一连接接触孔208、第二连接接触孔209、第三连接接触孔210、第四连接接触孔212和硅化金属阻挡层211;其中,P型衬底200上形成P型衬底接触202,在P型衬底200形成叉指栅204,叉指栅204位于P型衬底接触202的内部;叉指栅204包括若干条栅,在叉指栅204的每条栅的两侧分别形成MOS管源区205和MOS管漏区206;ESD注入层207覆盖于叉指栅204、MOS管源区205和MOS管漏区206;硅化金属阻挡层211覆盖MOS管漏区206但不包括设置第三连接接触孔210A的区域;叉指栅204开设有第一连接接触孔208,MOS管源区205开设有第二连接接触孔209,MOS管漏区206开设有第三连接接触孔210,P型衬底接触202开设有第四连接接触孔212;P型衬底接触202通过第四连接接触孔212与其它导电层连接,最终连接至电源VDD;MOS管源区205通过第二连接接触孔209连接至其它导电层,最终连接至电源VDD;MOS管漏区206通过第三连接接触孔210连接至其它导电层,最终连接至PAD端;叉指栅204通过第一连接接触孔208与其它导电层连接,最终连接至地。2.根据权利要求1所述的冷备份电路的新型ESD保护结构,其特征在于:所述第一连接接触孔208的数量为多个,多个第一连接接触孔208按列并行排列。3.根据权利要求1所述的冷备份电路的新型ESD保护结构,其特征在于:所述第二连接接触孔209的数量为多个,多个第二连接接触孔209按行并行排列。4.根据权利要求1所述的冷备份电路的新型ESD保护结构,其特征在于:所述第三连接接触孔210的数量为多个,多个第三连接接触孔210按行并行排列。5.根据权利要求1所述的冷备份电路的新型ESD保护结构,其特征在于:所述第四连接接触孔212的数量为多个,多个第四连接接触孔212按行并行排列。6.一种冷备份电路的新型ESD保护结构制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:删除常规GDPMOS的N阱;将常规GDPMOS管的N阱阱接触1修改为P型阱接触202,并将其连接至GND电位;将常规GDPMOS管的P+注入修改为N+注入;将常规GDPMOS管的栅端由原来的接电源修改为接至地;原常规GDPMOS管的源区连接方式不变,接至电源VDD205;原常规GDPMOS管的漏区连接方式不变,接至输入输出端口PAD;在常规GDPMOS管的P+注入修改为N+注入后,在ESD保护管上增加ESD注入层,该ESD注入层能够制备深结MOS器件,消除漏端轻掺杂工序的尖端放电,提高器件的ESD保护能力。

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