[发明专利]一种内嵌低触发电压PNP结构的双向ESD防护结构

说明书

技术领域

本发明属于集成电路的静电放电保护领域，涉及一种ESD保护器件，具体涉及一种内嵌低触发电压PNP结构的双向ESD防护结构。

背景技术

随着集成电路技术的快速发展，电子产品日益小型化，在提高集成结构性能和集成度的同时，集成电路的内部结构在ESD脉冲来临时更容易损坏，由ESD带来的可靠性问题越来越引起人们的重视。据有关引起集成电路产品失效的多种因素调研后发现；每年半导体工业因为ESD造成的经济损失高达数十亿美元。因此，为了减少因集成电路可靠性而导致的高额经济损失，最为有效的方法是对集成电路的各个输出、输入端口设计相应的高效能比的ESD保护器件。

针对常规低压工艺的ESD保护措施相对较为成熟，常用的ESD保护器件结构有二极管、双极型晶体管、栅极接地NMOS管以及SCR器件等。SCR因具有较高的品质因子被认为是ESD保护效率最高的器件，但是其维持电压相对较低，难以满足集成电路对ESD保护器件的诸多要求：ESD保护器件既要通过IEC6001-4-2的ESD鲁棒性检测标准，同时要保证维持电压高于被保护电路的工作电压(避免发生ESD-induced latch up)。现有的SCR器件在有限的版图面积内难以实现高维持电压特性。

发明内容

（一）要解决的技术问题

为了解决上述问题，针对现有SCR结构的ESD保护器件中普遍存在的抗闩锁能力不足的问题，本发明提出了一种内嵌低触发电压PNP结构的双向ESD防护结构，用于IC片上ESD防护器件，主要由P衬底、N阱、P阱、第一N+注入区、第一P+注入区注入区、第一P+跨桥、第二P+注入区、第二P+跨桥、第三P+注入区、第二N+注入区、金属阳极、金属阴极和若干场氧隔离区构成。该内嵌低触发电压PNP结构的双向ESD防护结构在高压ESD脉冲的作用下，一方面由第一P+注入区、第一N阱、P阱、第二N阱、第二N+注入区形成寄生SCR电流协防路径，提高器件的失效电流、增强器件的ESD鲁棒性；另一方面利用P阱接地引入一个由第一P+注入区、第一N阱、第一P+跨桥、P阱、第二P+注入区构成的寄生PNP结构，提高器件的维持电压，增强器件的抗闩锁能力；通过引入第一P+跨桥和第二P+跨桥以降低器件的触发电压；与内嵌低触发电压PNP结构的双向ESD防护器件为对称结构，可以实现双向ESD防护功能，减小所占版图面积。

（二）技术方案

一种内嵌低触发电压PNP结构的双向ESD防护结构，用于IC片上ESD防护器件；主要包括P衬底（101）、第一N阱（102）、P阱（103）、第二N阱（104）、第一N+注入区（105）、第一P+注入区（106）、第一P+跨桥（107）、第二P+注入区（108）、第二P+跨桥（109）、第二P+注入区（110）、第二N+注入区（111）、第一场氧隔离区（112）、第二场氧隔离区（113）、第三场氧隔离区（114）、第四场隔离区（115）、第五场氧隔离区（116）、第六场氧隔离区（117）、第七场氧隔离区（118）、第八场氧隔离区（119）、金属阳极和金属阴极；其特征在于：其包括具有箝位高电压作用的内嵌PNP结构和具有大电流泄放能力的SCR结构，以抑制器件触发开启后发生强回滞，增强器件的ESD鲁棒性，提高器件的维持电压；所述的内嵌PNP结构由第一P+注入区(106)、第一N阱(102)、第一P+跨桥(107)、P阱(103)和第二P+注入区(108)构成；所述的SCR结构由第一P+注入区（107）、第一N阱（102）、P阱（103）、第二N阱（104）、第二N+注入区（111）构成；所述第二P+注入区(108)始终与电极GND相连，以有效的抑制SCR器件发生回滞，提高器件的维持电压。

所述P型衬底的表面区域从左到右依次设有所述第一N阱、所述P阱和所述第二N阱；

在所述第一N阱的表面区域从左到右依次设有所述第一场氧隔离区、所述第一N+注入区、所述第二场氧隔离区、所述第一P+注入区、所述第三场氧隔离区和所述第一P+跨桥；

所述第一场氧隔离区的左侧与所述第一N阱的左侧边缘相连，所述第一场氧隔离区的右侧与所述第一N+注入区的左侧直接相连，所述第一N+注入区的右侧与所述第二场氧隔离区的左侧相连，所述第二场样隔离区的右侧与所述第一P+注入区的左侧相连，所述第一P+注入区的右侧与所述第三场氧隔离区的左侧相连，所述第三场氧隔离区的右侧与所述第一P+跨桥的左侧相连，所述第一P+跨桥横跨在所述第一N阱和所述P阱之间；