[发明专利]一种全对称双栅控二极管触发SCR结构的双向ESD保护抗闩锁器件

说明书

一种全对称双栅控二极管触发SCR结构的双向ESD保护抗闩锁器件，可用于提高IC芯片的抗ESD能力。主要由P衬底、P外延、第一N阱、P阱、第二N阱、第一N+注入区、第一P+注入区、第二N+注入区、第二P+注入区、第三N+注入区、第三P+注入区、第四N+注入区、第一多晶硅栅及其覆盖的第一薄栅氧化层和第二多晶硅栅及其覆盖的第二薄栅氧化层构成。在ESD应力作用下，一方面，该器件具有阻容耦合辅助触发路径，既不用耗费额外的版图面积，又能充分利用阻容耦合电路触发电压低、开启时间短的优势，缩小ESD保护器件的电压回滞幅度。此外，还利用栅控二极管的导通特性，提高N阱寄生阱电阻的电位，加速SCR结构电流泄放路径的开启；另一方面，该器件具有两条ESD电流泄放路径和全对称结构，有助于提高器件的ESD鲁棒性，可实现ESD双向防护。

技术领域

本发明属于集成电路的静电放电防护领域，涉及一种ESD保护器件，具体涉及一种全对称双栅控二极管触发SCR结构的双向ESD保护抗闩锁器件，可用于提高集成电路的ESD防护可靠性。

背景技术

随着集成技术的快速发展，人们对电子产品的多功能性和便携性的需求不断增加，集成电路(IC)芯片的集成度日益提高。一方面：集成技术的快速进步一方面大幅提高了电路系统的性能和能耗效率，另一方面，IC芯片的可靠性面临日益严峻的挑战。据调查：约30％-40％IC芯片的失效是由静电放电现象引起。目前，片上IC的静电放电(ESD)的主要有两种防护方式：一是在集成电路的I/O口建立ESD防护，二是在集成电路的电源轨与地轨之间或不同电位的电源轨之间建立ESD防护。这些ESD防护措施主要存在的技术难点体现在如何结合被保护电路的工作特征，调节ESD保护器件的寄生效应、ESD防护性能及制造成本与被保护电路之间的电路性能平衡关系。

可控硅整流器(SCR)常作为一种单位面积强ESD电流泄放能力的ESD保护器件，近年来逐渐成为片上ESD防护领域的研究热点。但是，SCR结构存在触发电压高，维持电压低，易闩锁等问题。若通过外接的阻容耦合电路降低SCR的触发电压，会大幅增加版图面积，不利于应用于日益高密度集成的IC芯片。高触发电压低维持电压特性较严重地制约了SCR结构在片上ICESD防护中的应用。同时，为进一步提高传统单向SCR的ESD保护效率，双向SCR的研究与应用也日益受到重视。尤其针对混合信号集成电路，不同电源域之间利用双向SCR，不仅可以节省芯片面积，还能大幅提高电源轨及不同电源域的ESD防护效率。本发明实例提供了一种全对称双栅控二极管触发SCR结构的双向ESD保护抗闩锁器件，一方面，该器件具有阻容耦合辅助触发路径，既不用耗费额外的版图面积，又能充分利用阻容耦合电路触发电压低、开启时间短的优势，还能通过栅控二极管的导通提高N阱寄生阱电阻的电位，加速SCR结构电流泄放路径的开启；另一方面，该器件还具有两条ESD电流泄放路径和全对称结构，有助于提高器件的维持电压和ESD鲁棒性，还可以实现ESD双向防护。

发明内容

针对具有SCR结构的ESD保护器件普遍存在触发电压较高和维持电压过低的问题，本发明实例设计了一种全对称双栅控二极管触发SCR结构的双向ESD保护抗闩锁器件，充分利用阻容耦合电路触发电压低和开启速度快的优势，结合SCR结构的ESD鲁棒性强的优点，并通过形成多电流泄放路径有效分流ESD脉冲，使该设计器件在ESD应力作用下，可形成由寄生P阱电阻、栅控二极管构成的阻容耦合辅助触发路径和由纵向偏置NPN和寄生阱电阻构成的高维持电压路径。此外，通过设计器件版图的全对称结构，不仅可以减小ESD器件的芯片面积，还可以实现ESD脉冲的双向防护，提高ESD保护器件的效能比。

本发明通过以下技术方案实现：