[發明專利]一種高維持MOS輔助觸發SCR結構的瞬態電壓抑制器

有效

• 申請號: 201810730016.6
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108878417B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 梁海蓮;許強;顧曉峰
• 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: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉;劉秋彤

一種高維持MOS輔助觸發SCR結構的瞬態電壓抑制器，屬于集成電路的靜電放電防護及抗浪涌領域，可用于提高芯片的抗ESD能力。該器件包括嵌入式MOS、SCR、BJT結構和金屬線，其中由PNP、NPN與PMOS輔助SCR結構的正向ESD電流泄放路徑，以及由NPN、PNP與NMOS輔助觸發SCR結構的反向ESD電流泄放路徑SD電流泄放路徑，不僅具有低觸發、高維持電壓的小電壓回滯特性，還具有強ESD魯棒性，與單向瞬態器相比，所述瞬態電壓抑制器的單位面積ESD防護能力強。

技術領域

本發明屬于集成電路的靜電放電防護及抗浪涌領域，涉及一種靜電放電防護或抗浪涌器件，具體涉及一種高維持MOS輔助觸發SCR結構的瞬態電壓抑制器，可用于提高片上IC和電子產品系統的可靠性。

背景技術

隨著集成制造技術與集成電路(IC)的廣泛應用，便攜式電子產品在日常生活中日益普及，給人們生活帶來了極大的便利。然而，電子產品的高失效率及電路系統的弱穩定性問題，給當前電子工程研究及應用帶來了較大的困擾。據調查，靜電放電(ESD)或瞬態浪涌是造成電子產品，尤其IC失效的主要因素。又由于ESD或浪涌是自然界極易發生的常見物理現象，如電子產品或IC在生產、制造、運輸、封裝、測試以及系統中運行時，均有可能發生ESD或浪涌事件，導致電子產品或IC失效。美國多家公司已統計了多年來的電子產品失效或系統穩定性問題，結果表明，約70％的電子產品失效是由于ESD或浪涌事件。近年來，該問題已引起大多數電路工程師及研發人員的密切關注，并通過采用引入片上IC的ESD防護及電子系統的片外瞬態電壓抑制器(TVS)等措施，提高電子產品或IC芯片的ESD防護及抗浪涌能力，增強電子系統的可靠性。因此，研究電子產品的ESD防護及抗浪涌能力，不僅具有重要的科研價值，還有利于減少國民經濟損失，對促進科技進步與國家經濟發展，具有十分重要的意義。

目前，在ESD防護或抗浪涌工程應用中，片外常用瞬態電壓抑制器(TVS)、ZnO壓敏電阻器件和聚合物器件等。片上常用二極管、三極管、MOS管和可控硅整流器(SCR)等。在一些正、負交變信號端口，普通上述單向ESD防護或抗浪涌器件，在正向電學應力作用下，器件呈正常的ESD防護或抗浪涌特性，然而在反向電學應力作用下，器件相當于一個普通二極管，漏電流較大，器件的透明性很弱，影響正常電路的工作性能，產生較大的電路功耗。因此，近年來，業內專家學者嘗試設計雙向ESD防護或抗浪涌方案，如雙向SCR器件。以解決某些正、負交變應力端口的ESD防護問題。又由于普通雙向SCR結構常具有較高的觸發電壓和大電壓回滯幅度，存在難觸發及閂鎖問題。本發明通過引入MOS輔助觸發SCR結構，降低器件觸發電壓；又通過引入PNP和NPN型BJT的嵌入式設計，提高器件的維持電壓；還通過設計多ESD電流泄放路徑，增強器件的ESD魯棒性。此外，通過特殊結構設計，可在不大幅增加器件面積的前提下，實現雙向ESD防護或抗浪涌功能。

發明內容

針對單向ESD防護或抗浪涌中存在的弱透明性問題及已有雙向ESD防護中的高觸發電壓和易閂鎖問題，本發明設計了一種高維持MOS輔助觸發SCR結構的瞬態電壓抑制器。本發明利用了SCR結構的強ESD魯棒性優點，通過引入多重結構的嵌入式設計，形成MOS輔助觸發SCR的低壓觸發特性和BJT的高維持特性，可實現器件在ESD正、反向應力作用下，具有相似的電學特性?？杀苊馄骷贓SD防護或抗浪涌過程中產生閂鎖效應，能增強器件的單位面積ESD魯棒性，有助于提高ESD防護或抗浪涌效率。

本發明通過以下技術方案實現：

一種高維持MOS輔助觸發SCR結構的瞬態電壓抑制器，其特征在于：該器件包括嵌入式MOS、SCR、BJT結構和金屬線，所述瞬態電壓抑制器件主要由P襯底、深N阱、N阱、P阱、第一P+注入區、第二P+注入區、第三P+注入區、第四P+注入區、第一N+注入區、第二N+注入區、第三N+注入區、第四N+注入區、第一多晶硅柵以及其覆蓋的第一薄柵氧化層、第二多晶硅柵以及其覆蓋的第二薄柵氧化層構成；