[发明专利]一种用于静电防护的对称双向可控硅整流器及防护系统

说明书

本发明提供了一种用于静电防护的对称双向可控硅整流器及防护系统，包括：P型衬底(P110)、深N阱、P阱、N阱、P型有源区、N型有源区、N阱环(N130)、阳极、阴极，所述深N阱(N120)置于所述P型衬底(P110)和所述P阱之间；其中，所述阳极通过正极金属互连线(102)连接且置于整流器外侧，所述阴极通过负极金属互连线(101、103)连接且置于整流器外侧；N阱环(N130)跨接于深N阱(N120)上，N阱(N150)、N阱(N190)、N阱(N170)和N阱(N210)通过连接构成一个N阱环，P阱(P140)、P阱(P200)、P阱(P180)和P阱(P220)通过连接构成一个P阱环环，本发明提出的新型版图布局，可以有效阻断各种寄生SCR通路，恢复整流器自身对称的I‑V特性。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种用于静电防护的对称双向可控硅整流器及防护系统。

背景技术

目前，目前，随着半导体工艺的发展，静电放电事件引起的芯片/印刷电路板损伤愈发严重，已经成为制约集成电路产品可靠性的主因之一。因此，为电子产品提供有效的片上静电放电防护，以及为芯片/印刷电路板电路提供可靠的片外防护，如瞬变电压抑制二极管(Transient Voltage Suppressor，简称TVS)，均是十分必要的。在众多ESD防护器件中，双向的可控硅整流器(DDSCR)是一种非常有效的静电防护结构，其在关闭状态下具有双向的阻塞能力，静态功耗低；开通状态下具有双向的静电荷泄放能力，且鲁棒性高，电压钳制特性良好，寄生电容较低。因此，目前双向的可控硅整流器已经在片上静电放电和瞬变电压抑制二极管中得到了广泛的研究与应用。

然而，在实际芯片中，器件的周围通常会设置有P型保护环，其通过金属线接地，以维持衬底电势的稳定。此时，当将上述双向的可控硅整流器应用于与接地相关的引脚防护时，如电源到金属线接地，或输入输出到金属线接地时，双向的可控硅整流器与其周围的P型保护环之间会形成寄生电流路径，其中，尤其是在反向偏置下形成的“寄生SCR电流通路”，会严重恶化双向的可控硅整流器的维持特性，产生出非对称的I-V特性，从而使器件的功能异常，集成到电子产品后可能会引发严重的门锁问题，烧毁电路。遗憾的是，现有的绝大多数有关双向的可控硅整流器维持特性的优化研究，均局限于双向的可控硅整流器器件内部，而忽视了P型保护环的影响。P型保护环的存在，会使得精心优化的双向的可控硅整流器维持特性变得无效。

发明内容

本发明提供一种用于静电防护的对称双向可控硅整流器及防护系统，用以解决以上的情况，本发明的目的在于针对双向可控硅整流器结构，提供一种新型的版图布局，以抑制实际集成应用时，器件周围P型保护环带来的寄生效应对双向可控硅整流器维持特性的恶化。相比现有的典型版图布局，本发明所提出的新型版图布局，可以有效阻断P型保护环与双向可控硅整流器之间的各种寄生SCR通路，从而屏蔽掉P型保护环对维持特性的干扰，恢复双向可控硅整流器自身对称的I-V特性，使其能够有效且可靠地进行静电防护工作，并且获得良好的闩锁免疫能力(包括对本发明自身内部潜在闩锁路径的抑制，以及对本发明与周围电路之间潜在闩锁路径的抑制)。此外，本发明所提出的新型版图布局，还具有良好的移植性，可应用于现有的绝大多数双向可控硅整流器结构。

一种用于静电防护的对称双向可控硅整流器，包括：P型衬底P110、深N阱、P阱、N阱、P型有源区、N型有源区、N阱环N130、阳极、阴极，所述深N阱N120置于所述P型衬底P110和所述P阱之间；

其中，所述阳极通过正极金属互连线102连接且置于整流器外侧，所述阴极通过负极金属互连线101、103连接且置于整流器外侧；

N阱环N130跨接于深N阱N120上，N阱N150、N阱N190、N阱N170和N阱N210通过连接构成一个N阱环，P阱P140、P阱P200、P阱P180和P阱P220通过连接构成一个P阱环。