[發明專利]一種基于SCR結構耐正負高壓的端口ESD結構及其等效電路

在審

• 申請號: 201310695014.5
• 申請日: 2013-12-17
• 公開（公告）號: CN104716133A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 杜明;裴國旭
• 申請（專利權）人: 深圳市國微電子有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明屬于ESD器件領域，更具體地，涉及一種基于SCR結構耐正負高壓的端口ESD結構及其等效電路。

背景技術

隨著半導體工藝尺寸的縮小，器件工作電壓與擊穿電壓的差距越來越小，集成電路的靜電泄放(ESD)問題越來越顯著。通常情況下IC端口的工作電壓在0V和電源電壓之間，從而端口的ESD結構也只需要保證端口電壓在0V和電源電壓之間時ESD器件沒有漏電流。而在一些接口芯片中會出現端口電壓高于電源電壓或者低于零電位的負壓，此時的ESD結構就要保證可以承受端口的正負高壓，同時滿足ESD等級要求。但目前ESD防護的設計主要針對耐高壓的要求，對耐正負壓能力的設計基本沒有涉及。沒有耐正負高壓端口ESD防護，接口芯片在系統應用時是很難滿足ESD防護要求的。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于SCR結構耐正負高壓的端口ESD裝置，其目的在于使得信號端口ESD結構具有耐正負高壓特性的同時也能滿足ESD防護設計要求，由此解決現有技術中沒有耐正負高壓端口ESD防護的技術問題。

本發明提供了一種基于SCR結構耐正負高壓的端口ESD結構，包括P型襯底，第一N型掩埋層和第二N型掩埋層；所述第一N型掩埋層通過第一N阱、第二N阱分別與第一N+有源區、第二N+有源區接到電源電位并與第一P阱形成隔離；所述第二N型掩埋層通過第三N阱、第四N阱分別與第三N+有源區、第四N+有源區接到電源電位并與第二P阱形成隔離；應用時，所述第一N+有源區、所述第二N+有源區、所述第三N+有源區和所述第四N+有源區均接電源；P+有源區接地，有源區接端口PAD，有源區、柵氧和有源區、柵氧接到一起，有源區接地。

本發明還提供了一種基于上述的端口ESD結構的等效電路，包括第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第四三極管Q4、第一電阻R1、第二電阻R2和第三電阻R3；所述第一三極管Q1的發射極通過第一電阻R1連接至所述第一三極管Q1的基極，所述第一三極管Q1的集電極通過依次串聯連接的第二電阻R2和第三電阻R3連接至所述第四三極管Q4的集電極；所述第四三極管Q4的發射極接地；所述第二三極管Q2的基極連接至所述第一三極管Q1與所述電阻R2的連接端，所述第二三極管Q2的集電極連接至所述第一三極管Q1的基極，所述第二三極管Q2的發射極連接至所述第三三極管Q3的發射極；所述第二電阻R2和所述第三電阻R3的串聯連接端連接至所述第二三極管Q2和所述第三三極管Q3的連接端；所述第三三極管Q3的基極連接至所述第四三極管Q4的集電極，所述第四三極管Q4的基極與所述第三三極管Q3的集電極連接后并接地。

其中，所述第一三極管Q1、所述第二三極管Q2、所述第一電阻R1和所述第二電阻R2構成了第一可控硅結構SCR1；所述第三三極管Q3、所述第四三極管Q4和所述第三電阻R3構成了第二可控硅結構SCR2。

其中，當ESD事件發生時，當PAD上的電壓大于N-擴散區和P阱之間的擊穿電壓時；所述第一可控硅結構SCR1被觸發，所述第二可控硅結構SCR2中的P阱與N-擴散區二極管正向導通，ESD電流通過被反向擊穿出發的SCR1和正向導通的SCR2流到GND上。

其中，當端口電壓低于GND電位且絕對值小于N-擴散區和P阱之間的擊穿電壓時，所述第二可控硅結構SCR2不會被觸發，整個由所述第二可控硅結構SCR2和所述第一可控硅結構SCR1構成ESD結構不會有漏電流，對工作在負壓下的端口不會造成影響；

其中，當ESD事件發生時，端口電壓低于GND電位且絕對值大于N-擴散區和P阱之間的擊穿電壓時，所述第二可控硅結構SCR2中的N-擴散區與P阱的二極管被擊穿，所述第二可控硅結構SCR2被觸發，所述第一可控硅結構SCR1中的P阱與N-擴散區二極管正向導通，ESD電流從PAD端口流出。

本發明可以支持端口工作在正負壓狀態，同時有良好的ESD能力。

附圖說明

圖1是現有技術提供的ESD器件剖面結構示意圖。

圖2是現有技術提供的ESD器件的等效電路原理圖。

圖3是本發明實施例提供的基于SCR結構耐正負高壓的端口ESD裝置的剖面結構示意圖。

圖4是本發明實施例提供的基于SCR結構耐正負高壓的端口ESD裝置的等效電路原理圖。

具體實施方式