[發(fā)明專利]柵驅(qū)動晶閘管以及靜電保護(hù)電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010144064.0
• 申請日: 2010-03-31
• 公開（公告）號: CN102208408A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單毅
• 申請（專利權(quán)）人: 上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L23/60;H02H9/02
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 李麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路靜電保護(hù)電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種柵驅(qū)動晶閘管電路以及靜電保護(hù)電路。

背景技術(shù)

可控硅整流器件(Silicon-Controlled?Rectifier，SCR)又被稱為晶閘管，其特點(diǎn)在于，晶閘管的陰極與陽極之間在正常情況下并不能導(dǎo)通，而需要在控制極上加入正向觸發(fā)脈沖，一旦晶閘管導(dǎo)通形成穩(wěn)定電流后，即使撤除控制極上的外置電壓也能夠持續(xù)導(dǎo)通，直至陰極與陽極之間的電流小于維持導(dǎo)通的最小電流(稱為維持電流)，晶閘管才會自行關(guān)斷。在實(shí)際電路應(yīng)用中，具體的晶閘管電路還可以將控制極省略，僅通過陽極以及陰極之間的偏置電壓控制晶閘管的開啟與關(guān)閉，稱為二極晶閘管。

在集成電路CMOS技術(shù)中，晶閘管被經(jīng)常使用于靜電保護(hù)電路以防止靜電破壞(ESD)，通常將晶閘管的陰極以及陽極耦接至靜電保護(hù)電路中，正常工作情況下，晶閘管兩極的電勢差不超過其觸發(fā)電壓，晶閘管不導(dǎo)通，而在產(chǎn)生ESD靜電脈沖時(shí)，由于ESD靜電脈沖具有大電壓，高能量的特性，因此很容易觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，從而經(jīng)由晶閘管釋放，實(shí)現(xiàn)靜電保護(hù)的目的。

圖2提供了一種現(xiàn)有晶閘管的剖面結(jié)構(gòu)，包括：

P型襯底100；位于P型襯底100內(nèi)且相鄰的N阱101以及P阱102；位于N阱101表面的第一N+型注入?yún)^(qū)201、第一P+型注入?yún)^(qū)202；位于P阱102表面的第二N+型注入?yún)^(qū)204、第二P+型注入?yún)^(qū)205；形成于P阱102上的NMOS晶體管，所述NMOS晶體管包括P阱102表面的控制柵300，位于控制柵300兩側(cè)P阱102?內(nèi)的N+型連接區(qū)203以及第二N+型注入?yún)^(qū)204，所述N+型連接區(qū)203還與N阱101電連接；所述上述各注入?yún)^(qū)以及連接區(qū)之間通過淺溝槽隔離(STI)700絕緣隔離。其中第一N+型注入?yún)^(qū)201與第一P+型注入?yún)^(qū)202相連接作為晶閘管的陽極；第二N+型注入?yún)^(qū)204與第二P+型注入?yún)^(qū)205相連接作為晶閘管的陰極；而NMOS晶體管的控制柵300置于低于閾值電壓使得NMOS晶體管常閉，即N+型連接區(qū)203與第二N+型注入?yún)^(qū)204之間不形成導(dǎo)電溝道。

圖2為上述晶閘管的等效電路圖，結(jié)合圖1以及圖2所示，N阱101、P阱102以及第二N+型注入?yún)^(qū)204構(gòu)成NPN型三極管T2，其中根據(jù)注入濃度的差異可知，P阱102與第二N+型注入?yún)^(qū)204構(gòu)成的PN結(jié)為發(fā)射極；同理第一P+型注入?yún)^(qū)202、N阱101以及P阱102構(gòu)成PNP型三極管T1，其中根據(jù)注入濃度差異可推斷，第一P+型注入?yún)^(qū)202與N阱101構(gòu)成的PN界面為發(fā)射極。由于相鄰的同摻雜類型的區(qū)域之間可以視為電連接，因此所述晶閘管的等效電路連接如下：NPN型三極管T2的發(fā)射極連接晶閘管的陰極，基極連接PNP型三極管T1的集電極；而集電極經(jīng)由N阱101的等效電阻R_nwell連接晶閘管的陽極；同時(shí)PNP型三極管T1的基極連接NPN型三極管T2的集電極，發(fā)射極連接晶閘管的陽極，集電極經(jīng)由P阱102的等效電阻R_pwell也連接至晶閘管的陽極。NPN型三極管T2與PNP型三極管T1構(gòu)成了典型的晶閘管結(jié)構(gòu)。在陽極與陰極之間外加正向偏置電壓并超過觸發(fā)值時(shí)，所述偏置電壓需在N阱以及P阱間反相擊穿，使得上述等效三極管T1以及三極管T2產(chǎn)生發(fā)射極電流，進(jìn)而能夠在晶閘管中形成穩(wěn)定電流，而無需另行設(shè)置控制極。當(dāng)上述偏置電壓逐漸減小，使得陽極、陰極之間的電流也逐漸減小小于維持電流，晶閘管隨之關(guān)閉。上述晶閘管工作時(shí)，控制柵300一直處于固定電位，NMOS晶體管常閉并未起到作用，實(shí)際上調(diào)整控制柵300的電位大小，使得NMOS晶體管中N+型連接區(qū)203以及第二N+型注入?yún)^(qū)204之間產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，進(jìn)而形成漏電流，有助于促進(jìn)晶閘管的導(dǎo)通。也即可以通過調(diào)整控制柵300的電位，在一定范圍內(nèi)能夠調(diào)整晶閘管的觸發(fā)電?壓。通常為了滿足靜電釋放的需求，晶閘管的觸發(fā)電壓在允許的范圍內(nèi)(大于正常工作時(shí)陰、陽極之間的電勢差)應(yīng)當(dāng)盡可能的小，可以使得產(chǎn)生靜電破壞時(shí)響應(yīng)更為靈敏，柵驅(qū)動晶閘管電路應(yīng)予而生。