[發(fā)明專利]具有用于負(fù)電壓操作的隔離式SCR的ESD保護(hù)電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380053201.1
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN104704636B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿克拉姆·A·薩勒曼;法爾贊·法爾比斯;阿米塔瓦·查特吉;吳小菊
• 申請（專利權(quán)）人: 德州儀器公司
• 主分類號: H01L29/66
• 分類號: H01L29/66;H02H9/00
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11287
• 代理人: 林斯凱

本發(fā)明揭示一種用于集成電路的半導(dǎo)體控制整流器。所述半導(dǎo)體控制整流器包括：第一經(jīng)輕摻雜區(qū)(100)，其具有第一導(dǎo)電性類型(N)；及第一經(jīng)重?fù)诫s區(qū)(108)，其具有第二導(dǎo)電性類型(P)，形成于所述第一經(jīng)輕摻雜區(qū)內(nèi)。具有所述第二導(dǎo)電性類型的第二經(jīng)輕摻雜區(qū)(104)是接近所述第一經(jīng)輕摻雜區(qū)而形成。具有所述第一導(dǎo)電性類型的第二經(jīng)重?fù)诫s區(qū)(114)形成于所述第二經(jīng)輕摻雜區(qū)內(nèi)。具有所述第一導(dǎo)電性類型的掩埋層(101)形成于所述第二經(jīng)輕摻雜區(qū)下方且電連接到所述第一經(jīng)輕摻雜區(qū)。具有所述第二導(dǎo)電性類型的第三經(jīng)輕摻雜區(qū)(102)形成于所述第二經(jīng)輕摻雜區(qū)與所述第三經(jīng)重?fù)诫s區(qū)之間。具有所述第二導(dǎo)電性類型的第四經(jīng)輕摻雜區(qū)(400)形成于所述第二經(jīng)輕摻雜區(qū)與所述第三經(jīng)重?fù)诫s區(qū)之間且電連接到所述第二及第三經(jīng)輕摻雜區(qū)。

背景技術(shù)

本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于靜電放電(ESD)保護(hù)的隔離式半導(dǎo)體控制整流器(SCR)電路。所述電路的優(yōu)選實(shí)施例既定供在相對于GND或VSS具有負(fù)操作電壓的輸入、輸出或輸入-輸出端子處使用，但所述電路也可在電力供應(yīng)端子(例如集成電路的VDD及GND或VSS端子)之間使用。

參考圖1-3，其為現(xiàn)有技術(shù)的ESD保護(hù)電路，所述ESD保護(hù)電路類似于科爾(Ker)等人在第6,765,771號美國專利中所揭示的ESD保護(hù)電路。圖1的平面圖圖解說明形成于p型襯底(PSUB)102上且由n型阱(NWELL)100環(huán)繞的雙重半導(dǎo)體控制整流器。PSUB層102電連接到P+區(qū)112。所述雙重SCR在P+區(qū)112上方及下方對稱地形成，因此將詳細(xì)地描述下部SCR。此處及在以下論述中，使用相同參考編號來識別各圖式圖中相同或類似的電路元件。N+區(qū)114是下部SCR的陰極且在p型阱區(qū)104內(nèi)鄰近于P+區(qū)112而形成。P+區(qū)108形成于NWELL 100內(nèi)且充當(dāng)下部SCR的陽極。N+區(qū)106電連接到NWELL 100。柵極區(qū)110形成于NWELL 100與PSUB 102之間的邊界上方。柵極區(qū)110、P+陽極108及N+區(qū)106電連接到參考端子122，參考端子122優(yōu)選地為GND或VSS。P+區(qū)112及N+區(qū)114電連接到端子120，端子120優(yōu)選地為待受保護(hù)的輸入、輸出或輸入-輸出端子。

接下來參看圖2，其為下部SCR沿著如圖1中的線所指示的平面A-A’的橫截面圖。所述SCR形成于P型襯底(PSUB)200上。N型掩埋層(NBL)101是通過離子植入而形成于PSUB 200中位于表面下方?？偟膩碚f，n型阱(NWELL)100與NBL 101形成隔離式P型區(qū)(PSUB)102。下部SCR包含形成于NWELL 100中的P+陽極108及形成于p型阱區(qū)104中的N+陰極114。作用P+區(qū)112及108、N+區(qū)114及106以及柵極110下方的溝道區(qū)由淺溝槽隔離(STI)區(qū)124分離。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，其為圖2的SCR的簡化圖，其展示個(gè)別雙極晶體管。為清晰起見省略了淺溝槽隔離(STI)區(qū)。圖2的下部SCR包括垂直SCR及水平SCR。垂直SCR包含PNP晶體管304及NPN晶體管306且形成從P+陽極108經(jīng)由NWELL 100到NBL 101并經(jīng)由PSUB 102返回到N+陰極114的垂直電流路徑。水平SCR包含PNP晶體管300及NPN晶體管302且形成直接從P+陽極108到N+陰極114的水平電流路徑。寄生電阻器301為PNP晶體管300的基極-射極分流電阻器。寄生電阻器303為NPN晶體管302及306的基極-射極分流電阻器。

關(guān)于圖1-3的SCR的操作會(huì)出現(xiàn)數(shù)個(gè)問題，其限制操作電壓、SCR的增益，并引入可靠性問題，如在以下論述中將變得顯而易見。本發(fā)明的各種實(shí)施例針對于解決這些問題且改善SCR的操作，而不會(huì)增加工藝復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容