一种可控硅整流器及其制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种可控硅整流器及其制造方法。

背景技术

可控硅整流器(Silicon Controlled Rectifier，SCR)，又称晶闸管，以其极强的电流导通能力在可控整流器、电源调压、电源逆变等各种大功率输入和/或输出的场合中得到广泛的应用。SCR由于其电流密度较高，相同电流条件下有源区面积可以更小，相应的结电容也比其它结构更低，所以适合于作为低电容保护器件。作为保护器件，相同版图面积下，SCR触发后的电流通过能力较二极管、双极结型晶体管(Bipolar JunctionTransistor，BJT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor，MOS)等其他静电释放(Electro-Static Discharge，ESD)保护器件而言具有绝对的优势。此外，SCR在ESD保护中还具有维持电压低，导通电阻小，寄生电容低，峰值功率高等一系列优点。

SCR是一种具有三个PN结的四层结构的功率半导体器件，属于半控的电流控制器件。图1是现有技术中SCR的一种结构的平面示意图，图2是图1在A-A方向的剖面示意图。如图1至图2所示，SCR主要由P型衬底、高掺杂浓度的P+区(阳极)、N-well引出极(N型阱区，一般浓度较低)、高掺杂浓度的N+区(阴极)、P-well引出极(P型阱区)构成，其中，P+/N-well、N-well/P-well、P-well/N+可以形成三个PN结。

目前，根据器件工作点的不同，SCR的触发电压一般设置在5V至200V之间。确定工作点之后，通常是通过调整N型阱区和P型阱区的掺杂浓度实现对SCR触发电压的调整，但由于N型阱区、P型阱区掺杂浓度的变化也不可避免地会影响SCR的其它参数，如维持电流、维持电压和寄生电容等，所以，采用此种方式虽然可以调整触发电压，但同时也会带来额外的、不希望产生的不良影响。因此，相关技术中，可以通过增加一个与N型阱区直接接触的较高浓度的P型补偿区(lp+区)来对PN结单侧(浓度较低的一侧，即与N型阱区接触的P型衬底一侧)的浓度进行调制，使其电压可以在较大的范围内可调。

然而，由P+区、N型阱区和P型衬底区构成的横向PNP晶体管，即寄生的PNP晶体管的基区宽度(介于P+区和P型衬底区之间的N型阱区宽度，如图1中以w表示的宽度)严格受限于光刻设备的套刻精度，若光刻设备的套刻精度较低，使得P+区和lp+区之间的N型阱区宽度过窄或过宽，容易导致SCR参数缺乏稳定性，一致性较差。

发明内容

为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决寄生的PNP晶体管的基区宽度严格受限于光刻设备的套刻精度，容易导致SCR参数缺乏稳定性，一致性较差的技术问题的SCR及其制造方法。

第一方面，本发明提供一种可控硅整流器SCR，该SCR包括：

第一导电类型衬底；

位于第一导电类型衬底中且间隔设置的第一导电类型阱区和第二导电类型阱区，其中，第二导电类型阱区朝向第一导电类型阱区的方向具有延伸部；

第一导电类型补偿区，从第一导电类型阱区朝向延伸部延伸且与延伸部相连。

进一步地，上述所述的可控硅整流器中，所述第一导电类型补偿区与所述延伸部交叠，形成第一交叠区。

进一步地，上述所述的可控硅整流器，还包括：

第二导电类型补偿区，设置在所述延伸部中靠近所述第一交叠区的区域并与所述第一交叠区接触，其中所述第二导电类型补偿区的掺杂浓度大于所述延伸部的掺杂浓度。

进一步地，上述所述的可控硅整流器，还包括：

第二导电类型补偿区，其掺杂浓度大于所述延伸部的掺杂浓度，并且所述第一导电类型补偿区通过所述第二导电类型补偿区与所述延伸部相连。

进一步地，上述所述的可控硅整流器中，所述第二导电类型补偿区分别与所述第一导电类型补偿区以及所述延伸部交叠，分别形成第二交叠区和第三交叠区。

第二方面，本发明提供一种SCR的制造方法，包括：

在第一导电类型衬底中形成第一导电类型阱区和第二导电类型阱区，其中第一导电类型阱区和第二导电类型阱区间隔设置，并且第二导电类型阱区被形成为朝向第一导电类型阱区的方向具有延伸部；

在第一导电类型衬底中形成第一导电类型补偿区，该第一导电类型补偿区从第一导电类型阱区朝向延伸部延伸且与延伸部相连。

进一步地，上述所述的制造方法中，所述形成第一导电类型补偿区，包括：

将所述第一导电类型补偿区形成为与所述延伸部交叠，形成第一交叠区。

进一步地，上述所述的制造方法，还包括：

在所述延伸部中靠近所述第一交叠区的区域形成第二导电类型补偿区，所述第二导电类型补偿区与所述第一交叠区接触，且所述第二导电类型补偿区的掺杂浓度大于所述延伸部的掺杂浓度。

进一步地，上述所述的制造方法中，

所述第一导电类型补偿区与所述延伸部间隔设置；

所述制造方法还包括：

在所述第一导电类型衬底中形成第二导电类型补偿区，所述第二导电类型补偿区分别与所述第一导电类型补偿区以及所述延伸部相连，并且所述第二导电类型补偿区的掺杂浓度大于所述延伸部的掺杂浓度。

进一步地，上述所述的制造方法中，所述第二导电类型补偿区包括与所述第一导电类型补偿区交叠的第二交叠区以及与所述延伸部交叠的第三交叠区。

本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

在实施本发明的技术方案时，通过在第二导电型阱区朝向第一导电型阱区的方向设置延伸部，并从第一导电类型阱区形成与延伸部相连的第一导电类型补偿区，相较于现有技术，第一导电类型补偿区与第二导电型阱区内的第一导电类型高掺杂浓度区之间的距离增加，这样，在通过套刻工艺形成与延伸部相连的第一导电类型补偿区时，即使光刻设备的套刻精度不高，也不会影响晶体管的基区宽度，防止第二导电类型阱区内的第一导电类型的高掺杂浓度区和第一导电类型补偿区之间的宽度不稳定，从而使得SCR参数稳定性更高，一致性更好。另外，这样的结构使得调整第一导电类型补偿区和第二导电类型阱区中延伸部内的浓度的自由度更大，从而使得SCR的触发电压具有更宽的范围。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：

图1是现有技术中SCR的一种结构的平面示意图；

图2是图1在A-A方向的剖面示意图；

图3是根据本发明的第一实施例的SCR的平面示意图；

图4是图3在A1-A1方向的剖面示意图；

图5是根据本发明的第二实施例的SCR的平面示意图；

图6是图5在A2-A2方向的剖面示意图；

图7是根据本发明的第三实施例的SCR的平面示意图；

图8是图7在A3-A3方向的剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

图3是根据本发明的第一实施例的SCR的平面示意图，图4是图3在A1-A1方向的剖面示意图。

如图3至图4所示，本发明实施例中的SCR主要包括第一导电类型衬底1、第一导电类型阱区2、第二导电类型阱区3以及第一导电类型补偿区4。

具体地，第一导电类型阱区2和第二导电类型阱区3间隔设置在第一导电类型衬底1中，第二导电类型阱区3朝向第一导电类型阱区2的方向具有延伸部31。

第一导电类型补偿区4从第一导电类型阱区2朝向延伸部31延伸且与延伸部31相连，其中，第一导电类型补偿区4的掺杂浓度大于第一导电类型衬底1的掺杂浓度。

在一个具体示例中，第一导电类型阱区2中设置有第一导电类型高掺杂浓度区5和第二导电类型高掺杂浓度区6，第二导电类型阱区3中也设置有第一导电类型高掺杂浓度区5和第二导电类型高掺杂浓度区6。

在图3至图4所示的示例中，第一导电类型为P型、第二导电类型为N型。本领域技术人员能够理解，第一导电类型还可以为N型，则第二导电类型为P型，本发明对此并不限定。在以下的描述中仍以第一导电类型为P型、第二导电类型为N型来进行说明。在图3至图4中，第一导电类型衬底1可以表示为P型衬底1、第一导电类型阱区2可以表示为P型阱区2、第二导电类型阱区3可以表示为N型阱区3、第一导电类型补偿区4可以表示为lp+区4，第一导电类型高掺杂浓度区5可以表示为P+区5、第二导电类型高掺杂浓度区6可以表示为N+区6，后续实施例中均以上述表示方式进行描述。

需要说明的是，在图3至图4所示的实施例中，前述术语“相连”是指lp+区4与延伸部31直接相连，比如接触或交叠。本实施例以二者交叠为例进行说明，即一部分lp+区4位于延伸部31内。

现有技术中，参考图1和图2，由于lp+区与N型阱区直接接触，因此lp+区与位于N型阱区内的P+区之间的间距，即寄生PNP晶体管的基区宽度严格受限于光刻设备的套刻精度。区别于现有技术的方案，在本发明实施例中，由于延伸部31的存在，lp+区4与延伸部31接触或交叠，从而使得lp+区4能够相对远离N型阱区3内的P+区5，也就使得寄生PNP晶体管的基区宽度只取决于N型阱区3内的P+区5与N型阱区3的边界(不含延伸区31)之间的距离，这样，在形成与延伸部31交叠的lp+区4时，即使光刻设备的套刻精度不高，也不会影响到寄生PNP晶体管的基区宽度，从而使得SCR参数稳定性更高，一致性更好。另外，这样的结构对于调整lp+区4的浓度和延伸部31内的浓度来说具有更大的自由度，以便于补偿(提高)与延伸部31内形成PN结处的P型衬底的浓度，从而使得SCR的触发电压具有更宽的范围。

基于上述内容不难理解的是，延伸部31的长度在光刻设备精度范围内尽可能短，这样，相较于整个N型阱区3而言，延伸部31的面积很小，也就是说，延伸部31只是给N型阱区3中贡献很小的面积，所以对SCR器件的维持电流、维持电压没有影响，对寄生电容等参数的影响也可以忽略不计。

在一个具体实现方式中，图3至图4所示的结构可以根据如下工艺方法制造：

S10、在P型衬底1中分别形成P型阱区2和N型阱区3，其中P型阱区2和N型阱区3间隔设置，并且N型阱区3朝向P型阱区2的方向具有延伸部31。

在该步骤中，可以利用光刻、离子注入等半导体常规工艺分别形成P型阱区2以及具有延伸部31的N型阱区3，本申请对具体工艺和形成顺序不做限定。例如，可以首先在P型衬底1上形成光阻掩膜层，然后对光阻掩膜层进行图案化处理，以去除局部光阻掩膜层，从而形成供离子注入的窗口；随后进行离子注入，在P型衬底1中形成P型阱区2；对于具有延伸部31的N型阱区3，同样可采用上述工艺过程，在此不再赘述。

S12、在P型阱区2和N型阱区3内分别形成P+区5和N+区6；

在该步骤中，可以利用光刻、离子注入等半导体常规工艺形成P+区5以及N+区6，本申请对具体工艺以及P+区5、N+区6的形成顺序均不做特别限定，其形成的具体工艺可以参照形成P型阱区2的工艺过程，在此不再赘述。其中，如图3至图4所示，在P型阱区2内由左向右依次为P+区4和N+区6，而在N型阱区3由左向右依次为N+区6和P+区5。

S14、在P型衬底1中形成从P型阱区2朝向延伸部31延伸的lp+区4，且lp+区4与延伸部31交叠，形成第一交叠区a。

具体地，可以首先在P型衬底1上形成光阻掩膜层，然后通过图案化处理，去除局部光阻掩膜层，形成对应于lp+区4的窗口；随后通过窗口注入硼离子，形成与延伸部31交叠的lp+区4。

在该实施例中，通过设置具有延伸部31的N型阱区3，使得调节击穿电压的PN结远离N型阱区3内的P+区5，这样，不仅降低了对光刻工艺的要求，同时对lp+区4浓度的调整也基本不会影响SCR的其它参数，确保SCR性能稳定，提高一致性。

第二实施例

在第一实施例的结构中，由于N型阱区3浓度较低，即便单纯提高lp+区4一侧的浓度，这种结构的SCR也难以期望具有更低的触发电压，因此，在第一实施例的基础上，本发明提供了第二实施例，其具体结构和制造工艺如下：

在一个具体实现方式中，为了能够得到更低触发电压的SCR，还可以在N型阱区3中的延伸部31中靠近第一交叠区a的区域形成第二导电类型补偿区(以下称为ln+区)，其中，ln+区与第一交叠区a交叠，且ln+区的掺杂浓度大于延伸部31的掺杂浓度。即在第一实施例(图3至图4所示)的基础上得到第二实施例。

图5是根据本发明的第二实施例的SCR的平面示意图，图6是图5在A2-A2方向的剖面示意图。如图5至图6所示，ln+区与第一交叠区a交叠，形成第四交叠区d。

图5至图6所示的结构可以根据如下工艺方法制造：

在步骤S10至步骤S14之后，继续进如下的步骤S16：

S16、在N型阱区3中的延伸部31中靠近第一交叠区a的区域形成ln+区，其中ln+区与第一交叠区a交叠形成第四交叠区d。

具体地，可以首先在P型衬底1上形成光阻掩膜层，然后通过图案化处理，形成对应于ln+区的窗口，随后进行离子注入，比如注入磷离子或砷离子，形成ln+区，且ln+区与第一交叠区a交叠形成第四交叠区d。

本实施例提供的SCR，除了与第一实施例中的SCR相同的益处之外，在本实施例中，还通过在N型阱区3的延伸部31内设置与lp+区4交叠的ln+区，能够提高延伸部31的掺杂浓度，从而可以降低由lp+区4和ln+区形成的PN结的击穿电压，进而可以降低SCR的触发电压。

第三实施例

图7是根据本发明的第三实施例的SCR的平面示意图，图8是图7在A3-A3方向的剖面示意图。

如图7至图8所示，本实施例作为第一实施例(图3至图4)的替换方案，区别在于，将lp+区4与N型阱区3中延伸部31间隔设置，即二者并不直接连接，而是通过ln+区相连。其中，ln+区分别与lp+区4以及N型阱区3中延伸部31交叠，分别形成第二交叠区b和第三交叠c。

在一个实施例中，图7至图8所示的结构可以按照如下工艺方法实现：

S30、在P型衬底1中分别形成P型阱区2和N型阱区3，其中P型阱区2和N型阱区3间隔设置，并且N型阱区3朝向P型阱区2的方向具有延伸部31。

在该步骤中，可以利用光刻、离子注入等半导体常规工艺分别形成P型阱区2以及具有延伸部31的N型阱区3，本申请不特别限定具体工艺以及形成顺序。例如，可以利用光刻技术，首先在P型衬底上形成光阻掩膜层，然后通过图案化处理，去除局部光阻掩膜层，形成供离子注入的窗口，随后进行离子注入，在P型衬底1中形成P型阱区2。对于具有延伸部31的N型阱区3也可以照上述工艺形成，不再赘述。

S32、在P型阱区2和N型阱区3内分别形成P+区5和N+区6；

本实施例对P+区5和N+区6的形成工艺和形成顺序不做特别限定，可按照半导体领域常规技术形成，也可参考前述实施例中的相关内容，此处亦不再赘述。

S34、在P型衬底2中形成从P型阱区2朝向N型阱区3中的延伸部31延伸的lp+区4，二者间隔设置。

具体地，可以通过光刻技术，在P型衬底1上形成光阻掩膜层，然后通过图案化处理，去除局部光阻掩膜层，形成对应于lp+区4的窗口；随后通过窗口注入硼离子，形成与延伸部31间隔设置的lp+区4。

S36、形成分别与lp+区4以及与N型阱区3中的延伸部31交叠的ln+区，其中，ln+区包括与lp+区4交叠的第二交叠区b以及与N型阱区3中的延伸部31交叠的第三交叠区c。

具体地，可以在P型衬底1上形成光阻掩膜层，然后经过图案化处理，去除局部光阻掩膜层，形成供离子注入的窗口，随后通过窗口注入磷离子或者砷离子，形成分别与lp+区4以及与延伸部31交叠的ln+区。

本实施例提供的SCR，除具有前述第一实施例和第二实施例相同的益处之外，由于ln+区仅需与N型阱区3部分交叠，而不必要求ln+区整体均位于N型阱区3的延伸部31之内，因此进一步降低了对ln+区的线宽要求，也就进一步降低了光刻工艺的加工难度以及对光刻设备套刻精度的依赖，从而使得SCR具有更高的一致性。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。