[發明專利]一種縱向NPN觸發的高維持電壓的高壓ESD保護器件

有效

• 申請號: 201210549225.3
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN102983136A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 梁海蓮;顧曉峰;董樹榮;丁盛
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于集成電路的靜電保護領域，涉及一種高壓ESD保護器件，具體涉及一種縱向NPN觸發的高維持電壓的高壓ESD保護器件，可用于提高片上IC高壓ESD保護的可靠性。

背景技術

LDMOS和VDMOS功率場效應器件是上世紀末迅速發展起來的新型功率器件，隨著功率半導體器件的功率、容量不斷增加和性能的不斷提高，其應用范圍也在不斷擴大。在高壓直流電源，馬達傳動等低頻大功率領域，功率器件更是不可缺少的重要半導體器件。然而，在工程應用過程中，常常會因一些“偶然”因素導致電路功能失效或損壞。經調查，除電路元件老化及短路、斷路等易修復的故障因素外，還存在一些不易為人所知的靜電放電(ESD)產生的電路故障，即“偶然”失效。要排除這些潛在失效因素，需要在功率器件和電路端口采用適當的靜電防護措施。

近20年來，人們利用功率器件大電流、耐高壓的特性，常采用橫向雙擴散絕緣柵場效應管(LDMOS)在智能功率IC的輸出端口既用作功率趨動管，又用作ESD防護器件。然而，在ESD防護應用中的實踐證明，LDMOS器件的ESD保護性能較差，少數LDMOS器件因其柵氧抗擊穿能力低，抵抗不了高壓ESD脈沖的沖擊而被損壞。即使多數LDMOS通過場板技術或降低表面場(RESURF)技術，提高了器件的柵氧抗擊穿能力，但是，大部分LDMOS器件仍在高壓ESD脈沖作用下，一旦觸發回滯，器件就遭到損壞，魯棒性較弱，達不到國家規定的電子產品要求人體模型不低于2000V的靜電防護標準。雖然近年來有人提出了一種SCR-LDMOS兩結構相結合的高壓ESD保護器件，該器件的魯棒性與單結構LDMOS的魯棒性相比，雖得到大幅提高，但維持電壓依然偏低，仍存在高觸發電壓、低維持電壓、容易進入閂鎖狀態的風險。尤其對于一些高壓驅動芯片如三相馬達正、反轉驅動芯片，其高壓驅動電路中存在正反向電壓，針對這些特殊高壓驅動芯片，不但需要對高壓驅動電路的正向ESD脈沖予以泄放，而且要求對反向ESD高壓脈沖也能夠泄放，從而真正降低正、反雙向ESD脈沖對高壓驅動電路造成功能失效的風險。本發明提供了一種新的技術方案，可以提高器件的耐壓能力和維持電壓，又能提高二次擊穿電流，增強其魯棒性。

發明內容

針對現有技術所存在的上述技術缺陷，本發明實例設計了一種縱向NPN觸發的高維持電壓的高壓ESD保護器件，既充分利用了LDMOS器件能承受高壓擊穿，以及NPN器件高維持電壓的特點，又利用了SCR器件低導通電阻、大電流泄放能力的特點，通過利用N下沉阱、N埋層、P外延和高壓N阱版圖層次的特殊設計，使器件在高壓ESD脈沖作用下，縱向NPN結構中的反向PN結被擊穿，形成多條ESD電流泄放路徑。且上述特殊設計的版圖層次，延長了器件觸發后的電流導通路徑，改變了器件內部的電場分布，有利于提高器件的耐壓能力和維持電壓，增大二次擊穿電流?？梢詫崿F耐高壓、高維持電壓，低導通電阻、強魯棒性等ESD保護性能。

本發明通過以下技術方案實現：

一種縱向NPN觸發的高維持電壓的高壓ESD保護器件，其包括正、反向高壓ESD電流泄放路徑，以提高二次擊穿電流，降低導通電阻。其特征在于：主要由襯底Psub，N埋層，P外延，第一N下沉阱，高壓深N阱，第二N下沉阱，第一N+注入區，第一P+注入區，第二N+注入區，第三N+注入區，第一場氧隔離區、第二場氧隔離區、第三場氧隔離區、第四場氧隔離區、第五場氧隔離區和多晶硅柵及其覆蓋的柵薄氧化層構成；

所述N埋層在所述襯底Psub的表面；

所述P外延在所述N埋層上；

所述P外延上從左到右依次設有所述第一場氧隔離區、所述第一N下沉阱、所述高壓深N阱及所述第二N下沉阱和所述第五場氧隔離區；

所述第一N下沉阱上設有所述第一N+注入區，所述第一場氧隔離區與所述第一N+注入區相連接；

所述高壓深N阱上從左到右依次設有所述第一P+注入區、所述第三場氧隔離區和所述第二N+注入區；

所述第一N+注入區與所述第一P+注入區之間設有所述第二場氧隔離區；

所述第二N下沉阱上設有所述第三N+注入區；

所述第二N+注入區與所述第三N+注入區之間設有所述第四場氧隔離區、所述多晶硅柵和所述柵薄氧化層，所述第四場氧隔離區左半部分位于所述高壓深N阱的表面部分區域上，所述第四場氧隔離區右半部分位于所述多晶硅柵的表面部分區域上，所述多晶硅覆蓋了全部的所述柵薄氧化層，所述柵薄氧化層橫跨在所述高壓深N阱和所述P外延上的表面部分區域；