[发明专利]一种双向SCR结构的ESD防护器件

权利要求书

1.一种双向SCR结构的ESD防护器件，其特征在于：包括衬底区(1)、阱区、悬浮衬底区和栅区；

所述阱区形成于衬底区(1)之上，包括左方N阱区(2)、右方N阱区(3)，P阱区(4)以及左方深N阱区(5)、右方深N阱区(6)，所述左方N阱区(2)和右方N阱区(3)与所述P阱区(4)相邻，左方深N阱区(5)和右方深N阱区(6)分别与左方N阱区(2)和右方N阱区(3)相邻并需要左方N阱区(2)和右方N阱区(3)提供通路与外界电路及电位相连；

所述左方N阱区(2)和右方N阱区(3)为环形N阱区，分别位于左方和右方，左方N阱区(2)和右方N阱区(3)共同被深槽隔离(19)包围；

所述左方深N阱区(5)和右方深N阱区(6)分别位于左方环形N阱区(2)和右方环形N阱区(3)之下并与之相接触；

所述P阱区(4)位于左方N阱区(2)和右方N阱区(3)之间，P阱区(4)与左方环形N阱区(2)之间表面设有左方N+注入区(11)，P阱区(4)与右方环形N阱区(3)之间表面设有右方N+注入区(12)；

悬浮衬底区包括左方悬浮衬底区(7)和右方悬浮衬底区(8)，均为P型，分别位于左方N阱区(2)和右方N阱区(3)内，所述左方悬浮衬底区(7)上设有左方P+注入区(15)和左方N+注入区(10)，所述右方悬浮衬底区(8)上设有右方P+注入区(16)和右方N+注入区(13)，在左方环形N阱区(2)与左方悬浮衬底区(7)之间上方设有左方N+注入区(9)，在右方环形N阱区(3)与右方悬浮衬底区(8)之间上方设有右方N+注入区(14)，左方悬浮衬底区(7)通过左方深N阱区(5)与衬底区(1)相隔离，右方悬浮衬底区(8)通过所述右方深N阱区(6)与衬底区(1)相隔离；

所述栅区包括左方栅区(17)和右方栅区(18)，左方栅区(17)形成于左方悬浮衬底区(7)之上，右方栅区(18)形成于右方悬浮衬底区(8)之上，左方栅区(17)和右方栅区(18)包括栅氧化层区和多晶硅区，栅氧化层区设于左方悬浮衬底区(7)和右方悬浮衬底区(8)的上表面。

2.按照权利要求1所述一种双向SCR结构的ESD防护器件，其特征在于：所述左方栅区(17)与所述右方悬浮衬底(8)之上的所述右方P+注入区(16)以及所述右方N+注入区(13)相连并引出作为左方电极，所述右方栅区(18)与所述左方悬浮衬底(7)之上的所述左方P+注入区(15)以及所述左方N+注入区(10)相连并引出作为右方电极。

3.按照权利要求1所述一种双向SCR结构的ESD防护器件，其特征在于：

所述左方悬浮衬底区(7)上的所述左方N+注入区(10)与所述左方P+注入区(15)为基准，若到来ESD正向脉冲，右方悬浮衬底区(8)上的NMOS管沟道内将形成强反型层，由所述左方悬浮衬底区(7)、所述左方N阱区(2)、所述P阱区(4)、以及所述右方环形N阱(3)共同形成左方为阳极、右方为阴极的PNPN结构的晶闸管，并利用晶闸管的正反馈特性将ESD脉冲泄放；

若到来ESD负向脉冲，则左方悬浮衬底区(7)上的NMOS管沟道内将形成强反型层，由所述右方悬浮衬底(8)、所述右方环形N阱(3)、所述P阱(4)、以及所述左方环形N阱(2)共同形成右方为阳极、左方为阴极的PNPN结构的晶闸管，并利用所述晶闸管的正反馈特性将ESD脉冲泄放。

4.按照权利要求1所述一种双向SCR结构的ESD防护器件，其特征在于：所述栅氧化层区采用高K介质Si₃N₄，该材料作为栅介质的漏电流比SiO₂小几个数量级，并且与多晶硅栅以及硅衬底的界面态良好，不存在过渡层，因此有效减小了泄漏电流，增大了其抗静电能力。

5.按照权利要求2所述一种双向SCR结构的ESD防护器件，其特征在于：通过控制所述左方电极与右方电极以及控制NMOS管栅极之间金属线的宽度来控制二者之间的寄生金属电阻值，增大金属电阻值则可以协同所述的高K栅氧化层共同保护所述右方栅控制管免受静电冲击的破坏，所述右方电极接在所述左方控制NMOS管栅极由于左右方距离较远，可通过控制所述右方电极与所述左方控制NMOS管栅极之间金属线的宽度来控制二者之间的寄生金属电阻值，增大所述金属电阻值则可以协同所述的高K栅氧化层共同保护所述左方栅控制管免受静电冲击的破坏。

6.按照权利要求1所述一种双向SCR结构的ESD防护器件，其特征在于：所述整个双向晶闸管的衬底区接触整个电路版图包括深槽隔离的外围，如此做法可以在的所述P阱区(4)与衬底区(1)接触之间通过深槽隔离(19)增加一个很大的电阻R_sub，该深槽隔离(19)的作用是进一步隔绝与衬底区(1)相接触的P阱区(4)与外界的寄生对电路性能的影响。