[发明专利]一种双向SCR结构的ESD防护器件

说明书

技术领域

本发明属于半导体物理和电子电路技术领域，涉及一种双向SCR结构的ESD防护器件。

背景技术

自然界的静电放电现象(ESD)是引起集成电路失效的最主要的可靠性问题之一，相关调查研究表明，集成电路失效产品中30％-40％都是由于静电放电现象引起的,针对静电放电的问题，现阶段的防护方式主要有两类，一类是位于I/O口的静电防护，其难点是对内部电路匹配特性具有很大影响的寄生效应与其所能产生的防护能力之间的折衷；另一类则是位于电源轨与地轨之间或不同电位的电源轨之间的电源箝位电路，其难点在于在不影响电源上电正常工作的情况下，正确识别ESD事件并迅速形成低阻抗通路从而将ESD电流泄放。区别于传统的电源箝位电路，双向电源箝位电路的优势是它可以控制其所接端口之间双向ESD脉冲，防护效率高于单向器件，并且由于其双向可用性，当使用在混合信号集成电路中时，不同电位之间的ESD防护可以不依靠地线传输而仅仅通过两个电源轨之间的双向电源箝位电路来进行泄放，进一步提高了电源轨之间的防护效率。

浙江大学拥有的“一种PNPNP型双向可控硅”(授权公告号：CN101807598A)公开了一种双向可用的SCR结构，通过加入“漂移区”的工艺，构造了双向SCR所需要的PNPNP结构，该结构增加漂移区无疑多了一道工艺增加了成本，在简单的BiCMOS工艺之下实现起来有一定难度，再者模型电路中基本是三个双极型晶体管串联的结构，造成了结构的冗余，容易抬高触发电压并且没有响应的调整措施，而且，电路模型中间部分的NPN管由于两个N端为N型漂移区，掺杂类型属轻掺杂，轻掺杂发射极的NPN晶体管性能未必可以达到晶闸管的要求，因此需要牺牲一部分的性能，具体实现上也并不容易。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双向SCR结构的ESD防护器件，解决了现有的双向SCR结构结构复杂成本高的问题。

本发明所采用的技术方案是包括衬底区、阱区、悬浮衬底区和栅区；

所述阱区形成于衬底区之上，包括左方N阱区、右方N阱区，P阱区以及左方深N阱区、右方深N阱区，所述左方N阱区和右方N阱区与所述P阱区相邻，左方深N阱区和右方深N阱区分别与左方N阱区和右方N阱区相邻并需要左方N阱区和右方N阱区提供通路与外界电路及电位相连；

所述左方N阱区和右方N阱区为环形N阱区，分别位于左方和右方，左方N阱区和右方N阱区共同被深槽隔离包围；

所述左方深N阱区和右方深N阱区分别位于左方环形N阱区和右方环形N阱区之下并与之相接触；

所述P阱区位于左方N阱区和右方N阱区之间，P阱区与左方环形N阱区之间表面设有左方N+注入区，P阱区与右方环形N阱区之间表面设有右方N+注入区；

悬浮衬底区包括左方悬浮衬底区和右方悬浮衬底区，均为P型，分别位于左方N阱区和右方N阱区内，所述左方悬浮衬底区上设有左方P+注入区和左方N+注入区，所述右方悬浮衬底区上设有右方P+注入区和右方N+注入区，在左方环形N阱区与左方悬浮衬底区之间上方设有左方N+注入区，在右方环形N阱区与右方悬浮衬底区之间上方设有右方N+注入区，左方悬浮衬底区通过左方深N阱区与衬底区相隔离，右方悬浮衬底区通过所述右方深N阱区与衬底区相隔离；

所述栅区包括左方栅区和右方栅区，左方栅区形成于左方悬浮衬底区之上，右方栅区形成于右方悬浮衬底区之上，左方栅区和右方栅区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和右方悬浮衬底区的上表面；

进一步，所述左方栅区与所述右方悬浮衬底区之上的所述右方P+注入区以及所述右方N+注入区相连并引出作为左方电极，所述右方栅区与所述左方悬浮衬底区之上的所述左方P+注入区以及所述左方N+注入区相连并引出作为右方电极。

进一步，所述左方悬浮衬底区上的所述左方N+注入区与所述左方P+注入区为基准，若到来ESD正向脉冲，右方悬浮衬底区上的NMOS管沟道内将形成强反型层，由所述左方悬浮衬底区、所述左方环形N阱、所述P阱、以及所述右方环形N阱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，则左方悬浮衬底区上的NMOS管沟道内将形成强反型层，由所述右方悬浮衬底区、所述右方环形N阱、所述P阱区、以及所述左方环形N阱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。