[實用新型]一種具有高維持電壓的LDMOS結構的ESD保護器件

有效

• 申請號: 201420015280.9
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN203659868U
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 顧曉峰;黃龍;梁海蓮;畢秀文
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78
• 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放電保護領域，涉及一種高壓ESD保護器件，具體涉及一種具有高維持電壓的LDMOS結構的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不斷發展，功率集成電路(IC)已成為半導體產業的一個重要分支。橫向雙擴散絕緣柵場效應管(LDMOS)是上世紀末迅速發展起來的常用功率器件，在汽車電子、電源管理、馬達傳動以及各種驅動電路等高壓、大功率電路系統中應用廣泛。然而，隨著半導體集成工藝的快速發展，在工程應用實踐中，功率集成電路遭受ESD的危害越來越嚴重。因此，設計既具有高可靠性、強魯棒性、強抗閂鎖能力，又具有高效能比的高壓ESD保護器件，成為高壓ESD保護設計領域中的一個重要的課題。

近年來，人們利用LDMOS器件大電流、耐高壓的特性，常用作高壓ESD保護器件。然而，實踐證明，LDMOS器件的ESD保護性能較差，在高壓ESD脈沖的作用下易發生Kirk效應，致使器件一旦觸發回滯，就遭到損壞，ESD魯棒性較弱，達不到國際電工委員會規定的電子產品要求人體模型不低于2000?V的靜電防護標準(IEC6000-4-2)。最近幾年，有人提出將SCR結構內嵌LDMOS器件(LDMOS-SCR)應用于高壓ESD保護，與LDMOS相比，雖然LDMOS-SCR器件的ESD魯棒性顯著提高，但維持電壓大幅下降，且還存在容易進入閂鎖狀態的風險。本發明提供了一種新的LDMOS結構的高壓ESD防護技術方案，它一方面可構成SCR結構的電流泄放路徑的ESD保護器件，可提高器件在有限版圖面積下的電流泄放效率，增強器件的ESD魯棒性，另一方面在高壓ESD防護中通過調整反向PN結，能有效提高器件的維持電壓避免器件進入閂鎖狀態。

發明內容

針對現有的高壓ESD防護器件中普遍存在的ESD魯棒性弱、抗閂鎖能力不足等問題，本發明實例設計了一種具有高維持電壓的LDOMS結構的ESD保護器件，既充分利用了LDOMS器件能承受高壓擊穿的特點，又利用了器件通過特殊設計的P下沉摻雜、N阱、高壓N阱、P阱和N+注入的版圖層次，使器件在高壓ESD脈沖作用下，形成SCR結構的ESD電流泄放路徑，通過綜合權衡及合理控制N+/P下沉摻雜二極管的版圖參數，可得到耐高壓、高維持電壓、強魯棒性的可適用于高壓IC電路中的ESD保護器件。

本發明通過以下技術方案實現：

一種具有高維持電壓的LDMOS結構的ESD保護器件，其包括具有SCR結構的ESD電流泄放路徑和與SCR結構串聯的反向PN結，以增強器件的ESD魯棒性和提高維持電壓。其特征在于：主要由P襯底、高壓N阱、P阱、N阱、P下沉摻雜、P+注入區、第一N+注入區、第二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、第四場氧隔離區和多晶硅柵及其覆蓋的薄柵氧化層構成；

所述高壓N阱在所述P襯底的表面區域；

在所述高壓N阱的表面區域從左到右依次設有所述P阱和所述N阱，所述P阱和所述N阱之間設有所述多晶硅柵及其覆蓋的所述薄柵氧化層、所述第三場氧隔離；

所述多晶硅柵及其覆蓋的所述薄柵氧化層的橫向長度必須滿足一定的范圍，以滿足不同開啟電壓的ESD保護需求；

所述P阱的表面部分區域從左到右依次設有所述P+注入區、所述第二場氧隔離區、所述第一N+注入區，在所述高壓N阱的左側邊緣與所述P+注入區之間設有所述第一場氧隔離區，所述第一場氧隔離區的右側與所述P+注入區的左側相連，所述第一場氧隔離區的左側與所述高壓N阱的左側邊緣相連；

所述多晶硅柵及其覆蓋的薄柵氧化層橫跨在所述高壓N阱和所述P阱表面部分區域，所述多晶硅柵及其覆蓋的所述薄柵氧化層的左側與所述第一N+注入區的右側相連；

所述第三場氧隔離區橫跨在所述高壓N阱和所述N阱表面部分區域，所述第三場氧隔離區的左側與所述多晶硅柵覆蓋的所述薄柵氧化層的右側相連，所述多晶硅柵覆蓋了所述第三場氧隔離區的表面部分區域，所述第三場氧隔離區的右側與所述P下沉摻雜的左側相連；

所述N阱內設有所述P下沉摻雜，所述P下沉摻雜內設有所述第二N+注入區，所述第二N+注入區的兩側與所述P下沉摻雜的兩側邊緣的橫向間隔長度必須控制在一定的數值范圍內；

所述第四場氧隔離區橫跨在所述高壓N阱和所述N阱表面部分區域，所述第四場氧隔離區的左側與所述P下沉摻雜的右側相連，所述第四場氧隔離區的右側與所述高壓N阱的右側邊緣相連；