[发明专利]一种双向衬底触发的高压ESD保护器件

说明书

技术领域

本发明属于集成电路的静电保护领域，涉及一种高压ESD保护器件，具体涉及一种双向衬底触发的高压ESD保护器件，可用于提高片上IC高压ESD保护的可靠性。

背景技术

随着智能电源工艺和大功率半导体器件的快速发展，电子产品日益小型化、便携化，并推动功率电子器件的应用领域不断扩大。据调查，在导致功率电子器件及其IC功能失效的多种因素中，ESD是器件及其IC失效的主要因素，这是因为器件或产品在制造、封装、测试及使用过程中均可能产生静电，当人们在不知情况的条件下，使这些物体相互接触，形成放电通路，从而导致产品功能失效，或永久性毁坏。

近20年来，人们利用功率器件大电流、耐高压的特性，常采用横向双扩散绝缘栅场效应管(LDMOS)在智能功率IC的输出端口既用作功率驱动管，又用作ESD防护器件。然而，在工程实际应用中，LDMOS器件的ESD保护性能较差，少数LDMOS器件因其栅氧抗击穿能力低，不能抵抗高压ESD脉冲的冲击而被损坏，即使多数LDMOS通过场板技术或降低表面场(RESURF)技术，提高了器件的栅氧抗击穿能力，但仍在高压ESD脉冲作用下，一旦触发回滞，器件就遭到损坏，鲁棒性较弱，不能达到国家规定的电子产品要求人体模型不低于2000V的静电防护标准。虽然近年来有人提出了一种SCR-LDMOS两结构相结合的高压ESD保护器件，该类器件的鲁棒性与单结构LDMOS的鲁棒性相比，虽得到大幅提高，但维持电压依然偏低，仍存在高触发电压、低维持电压、容易进入闩锁状态的风险。尤其对于一些高压驱动芯片如三相马达正、反转驱动芯片，其高压驱动电路中存在正反向电压，针对这些特殊高压驱动芯片，不但需要对高压驱动电路的正向ESD脉冲予以泄放，而且要求对反向ESD高压脉冲也能够泄放，从而真正降低正、反双向ESD脉冲对高压驱动电路造成功能失效的风险。本发明提供了一种新的技术方案，设计了一种抗闩锁能力强，鲁棒性强的双向高维持电压的高压ESD保护器件，可以大幅降低因ESD造成电路功能失效的风险。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术缺陷，本发明实例设计了一种双向衬底触发的高压ESD保护器件，充分利用LDMOS器件耐高压和SCR器件鲁棒性强、导通电阻小的特点，通过设计器件的内部结构及其版图层次的优化，利用ESD保护器件内部的寄生结构，以及设置合适的器件电学接触区，形成有利于器件触发与高维持特性的反馈回路，改变了器件内部连接方式，通过合理调节器件结构的关键尺寸参数，可以实现栅氧耐高压、高维持电压、低导通电阻、强鲁棒性等ESD保护性能。

本发明通过以下技术方案实现：

一种双向衬底触发的高压ESD保护器件，其特征在于：主要由衬底Psub，高压深N阱，第一N阱，轻掺杂的P型漂移区，第二N阱，第一场氧隔离区、第二场氧隔离区、第三场氧隔离区、第四场氧隔离区、第五场氧隔离区、第六场氧隔离区、第七场氧隔离区和高掺杂的第一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+注入区及第三P+注入区，多晶硅栅及其覆盖的栅薄氧化层构成；

所述衬底Psub上从左到右依次设有所述高压深N阱和所述第二N阱；

所述高压深N阱上从左到右依次设有所述第一N阱和所述第二N+注入区；

所述高压深N阱的N型杂质离子浓度在N型导电类型的器件版图层次中最低，所述第一N+注入区、所述第二N+注入区和所述第三N+注入区的N型杂质离子浓度相同，且在N型导电类型的器件版图层次中最高；

所述第一N阱版图层次的增加，并使其N型杂质离子浓度在N型导电类型的器件版图层次中居中，可以降低反向ESD脉冲作用下的导通电阻、提高二次击穿电流，增加器件的鲁棒性；

所述第一N阱上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、所述第二场隔离区及所述第一P+注入区；

所述第一P+注入区与所述第二N+注入区之间设有所述第三场氧隔离区；

所述第二N阱上从左到右依次设有所述轻掺杂的P型漂移区、所述第三N+注入区、所述第五场氧隔离区及所述第三P+注入区和所述第六场氧隔离区，增加所述轻掺杂的P型漂移区的版图层次，可以降低所述第二N阱区域中N型杂质离子浓度的有效浓度，以提高维持电压；