[發明專利]一種齊納擊穿的小回滯SCR結構的高壓ESD保護器件

有效

• 申請號: 201310658694.3
• 申請日: 2013-12-09
• 公開（公告）號: CN103606548A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 梁海蓮;顧曉峰;畢秀文;董樹榮
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L29/40;H01L29/06;H01L29/74;H01L29/866
• 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，具體涉及一種齊納擊穿的小回滯SCR結構的高壓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

隨著功率集成技術的快速發展，電子產品日益小型化，使人們更易于日常攜帶與使用。然而，伴隨移動硬盤，閃存卡、USB接口和智能手機顯示觸摸屏等電子產品的需求數量不斷增大，集成電路產品出現的可靠性問題也日益突出。如閃存卡突然間數據無法讀取，USB接口無法進行數據通訊，顯示觸摸層突然黑屏等不可靠性問題越來越引起人們的重視。據有關引起集成電路產品失效的多種因素調研后發現：ESD引起電路產品的失效，是集成電路產品產生電路故障的眾多因素中的一大主要因素。而上述電子產品中功率集成電路接口處的高壓ESD保護，又是整個電路系統ESD防護設計中的一大技術難點。現在的大部分高壓ESD保護器件，難以滿足功率集成電路對高壓ESD保護器件的諸多要求：如高壓ESD保護器件既要有高于工作電壓的維持電壓，又要有盡量低于柵氧擊穿電壓的觸發電壓，同時還要能通過IEC6001-4-2的ESD魯棒性檢測標準。簡而言之，現有的高壓ESD保護缺乏能夠滿足窄小ESD窗口的強魯棒性的ESD防護器件。本文針對現有的高壓ESD保護技術難題，提出了一種具有高維持電壓、強魯棒性、能夠滿足窄小ESD窗口的技術方案，該方案經流片實驗及測試后結果證明：其觸發電壓與維持電壓之間的電壓回滯量很小，同時又具有很強的ESD魯棒性。

發明內容

基于片上IC高壓ESD保護器件和BCD高壓工藝的特點，充分利用SCR器件具有觸發電壓低、導通電阻小、二次擊穿電流大、響應速度快等的優勢，結合反偏N+/P+二極管在齊納擊穿后具有穩壓的物理特性，以鉗制SCR結構中反偏PN結兩端電壓，從而實現高維持電壓的目的。本發明提出了一種齊納擊穿的小回滯SCR結構的高壓ESD保護器件，其觸發電壓主要受反偏的所述第二N+/所述P阱結的影響，與現有高壓ESD保護器件相比，本發明能有效降低器件的觸發電壓、提高ESD保護器件的維持電壓和二次擊穿電流，同時具有漏電流小、導通電阻小、響應速度快等優點。

本發明通過以下技術方案實現：

一種齊納擊穿的小回滯SCR結構的高壓ESD保護器件，主要包括SCR結構的ESD電流泄放路徑和齊納二極管擊穿的ESD電流泄放路徑，以提高二次擊穿電流和維持電壓，降低導通電阻。其特征在于：主要由P型襯底、N型埋層、第一N阱、P阱、第二N阱、下沉P摻雜、第一隔離區、第二隔離區、第三隔離區、第四隔離區、第五隔離區、第六隔離區、第七隔離區、第八隔離區、第九隔離區、第一N+、第一P+、第二N+、第二P+、第三N+、第三P+、第四P+、第四N+、第五P+、第五N+、第一金屬1、第二金屬1、第三金屬1、第四金屬1、第五金屬1、第六金屬1、第一金屬2、第二金屬2、第三金屬2構成；

所述N+埋層在所述P型襯底的表面部分區域中，在所述N+埋層和所述P型襯底的表面，從左到右依次分別為所述第一N阱、所述P阱和所述第二N阱，所述N+埋層與所述第一N阱和所述N+埋層與所述第二N阱的疊層橫向長度必須大于某一定值；

所述第一N阱表面區域內從左到右依次設有所述第一N+、所述第二隔離區、所述第一P+、所述第三隔離區，所述P型襯底左側邊緣與所述第一N+之間設有所述第一隔離區；

所述第一N阱與所述P阱之間表面設有所述第二N+，所述第二N+橫跨在所述第一N阱與所述P阱的表面部分區域，所述第二N+與所述第一P+之間設有所述第三隔離區；

所述P阱表面區域內從左到右依次設有設有所述第二P+、所述下沉P摻雜和所述第四P+，所述下沉P摻雜表面區域內從左到右依次設有所述第四隔離區、所述第三N+、所述第五隔離區、所述第三P+和所述第六隔離區；

所述第二P+橫跨在所述P阱與所述下沉P摻雜的表面部分區域，所述第二N+與所述第二P+之間在水平方向上必須預留某一固定值的間隔；

所述第四N+橫跨在所述P阱與所述第二N阱之間的表面部分區域，所述第四P+與所述第四N+之間在水平方向上必須預留某一固定值的間隔；

所述第二N阱表面區域內從左到右依次設有所述第七隔離區、所述第五P+、所述第八隔離區和所述第五N+，所述第四N+與所述第五P+之間設有所述第七隔離區，所述第五N+與所述P型襯底右側邊緣之間設有所述第九隔離區；