[发明专利]一种具有复合结构的双向ESD防护器件

说明书

本发明公开了一种具有复合结构的双向ESD防护器件，属于集成电路的静电放电防护及抗浪涌领域。所述器件主要由一P型浅掺杂衬底、N型掺杂阱、第一P型中掺杂阱、第二P型中掺杂阱、第一P型重掺杂注入区、第一N型重掺杂注入区、第二P型重掺杂注入区、第二N型重掺杂注入区、第一多晶硅栅及其覆盖的第一薄栅氧化层、第三N型重掺杂注入区、第四N型重掺杂注入区、第二多晶硅栅及其覆盖的第二薄栅氧化层和第五N型重掺杂注入区构成。本发明通过版图设计和利用P型中掺杂阱，提高器件内部寄生NPN三极管的基区浓度，降低内部寄生NPN三极管放大倍数，削弱寄生SCR结构的正反馈程度，可提高器件的维持电压，增强ESD鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种具有复合结构的双向ESD防护器件，属于集成电路的静电放电防护及抗浪涌领域。

背景技术

电子产品的浪涌现象是指电路在电源接通瞬间或出现异常情况时产生的远大于稳态的峰值电流或电压，本质为在极短时间内产生的剧烈脉冲。因为浪涌发生的时间非常短，且浪涌电压或电流的幅值远大于稳态电压电流，所以浪涌对器件、电路及电子产品造成的损害是不可忽视的。浪涌的来源有很多，而静电放电则是主要来源之一。静电放电是指不同静电电位的物体互相靠近或直接接触引起的电荷转移，瞬间产生的ESD电流峰值会导致芯片失效，电子产品损坏。且静电放电(ESD)普遍存在于电子产品的生产、存储、运输及使用过程中，极大的影响了电子产品的良率。因此，为了提高电子产品的良率，降低生产成本，对电子产品进行ESD防护设计尤为重要。

在抗浪涌与ESD防护的研究及应用中，可控硅整流器(SCR)因具有结构简单、鲁棒性强、寄生效应少等优点，已经成为当前ESD防护应用中的主流器件。然而SCR存在触发电压过高，维持电压过低，易发生闩锁等问题，导致SCR在实际ESD防护领域的应用中受到限制。

发明内容

[技术问题]

针对传统SCR触发电压过高，维持电压过低，容易发生闩锁风险等问题。

[技术方案]

本发明提供了一种具有ESD防护性能的防护器件，所述防护器件具有复合结构并在版图设计上有所改进，是将多种结构复合到一起，提高了器件的单位面积利用率。一方面，开态NMOS(N-Metal-Oxide-Semiconductor)与关态NMOS串联构成辅助触发SCR路径，降低器件的触发电压，减小器件的回滞幅度。另一方面，版图设计减小了内部寄生NPN三极管发射极面积，通过在器件内部增加P型中掺杂阱，可提高器件内部寄生NPN三极管的基区浓度，降低了内部寄生NPN三极管放大倍数，削弱寄生SCR结构的正反馈程度，可提高器件的维持电压，增强器件鲁棒性。对称的复合结构帮助器件实现双向防护功能。

所述一种具有ESD防护性能的防护器件，主要由一P型浅掺杂衬底、N型掺杂阱、第一P型中掺杂阱、第二P型中掺杂阱、第一P型重掺杂注入区、第一N型重掺杂注入区、第二P型重掺杂注入区、第二N型重掺杂注入区、第一多晶硅栅及其覆盖的第一薄栅氧化层、第三N型重掺杂注入区、第四N型重掺杂注入区、第二多晶硅栅及其覆盖的第二薄栅氧化层和第五N型重掺杂注入区构成；

在P型浅掺杂衬底的表面区域设有N型掺杂阱，P型浅掺杂衬底的左侧边缘与N型掺杂阱的左侧边缘相连，P型浅掺杂衬底的右侧边缘与第一P型中掺杂阱的右侧边缘相连；

在N型掺杂阱的表面区域设有第一P型中掺杂阱和第二P型中掺杂阱，N型掺杂阱的左侧边缘与第一P型中掺杂阱的左侧边缘相连，在第一P型中掺杂阱与第二P型中掺杂阱之间设有一安全间距，N型掺杂阱的右侧边缘与第二P型中掺杂阱的右侧边缘相连；