[发明专利]具有用于负电压操作的隔离式SCR的ESD保护电路

说明书

本发明揭示一种用于集成电路的半导体控制整流器。所述半导体控制整流器包括：第一经轻掺杂区(100)，其具有第一导电性类型(N)；及第一经重掺杂区(108)，其具有第二导电性类型(P)，形成于所述第一经轻掺杂区内。具有所述第二导电性类型的第二经轻掺杂区(104)是接近所述第一经轻掺杂区而形成。具有所述第一导电性类型的第二经重掺杂区(114)形成于所述第二经轻掺杂区内。具有所述第一导电性类型的掩埋层(101)形成于所述第二经轻掺杂区下方且电连接到所述第一经轻掺杂区。具有所述第二导电性类型的第三经轻掺杂区(102)形成于所述第二经轻掺杂区与所述第三经重掺杂区之间。具有所述第二导电性类型的第四经轻掺杂区(400)形成于所述第二经轻掺杂区与所述第三经重掺杂区之间且电连接到所述第二及第三经轻掺杂区。

背景技术

本发明的实施例涉及一种用于静电放电(ESD)保护的隔离式半导体控制整流器(SCR)电路。所述电路的优选实施例既定供在相对于GND或VSS具有负操作电压的输入、输出或输入-输出端子处使用，但所述电路也可在电力供应端子(例如集成电路的VDD及GND或VSS端子)之间使用。

参考图1-3，其为现有技术的ESD保护电路，所述ESD保护电路类似于科尔(Ker)等人在第6,765,771号美国专利中所揭示的ESD保护电路。图1的平面图图解说明形成于p型衬底(PSUB)102上且由n型阱(NWELL)100环绕的双重半导体控制整流器。PSUB层102电连接到P+区112。所述双重SCR在P+区112上方及下方对称地形成，因此将详细地描述下部SCR。此处及在以下论述中，使用相同参考编号来识别各图式图中相同或类似的电路元件。N+区114是下部SCR的阴极且在p型阱区104内邻近于P+区112而形成。P+区108形成于NWELL 100内且充当下部SCR的阳极。N+区106电连接到NWELL 100。栅极区110形成于NWELL 100与PSUB 102之间的边界上方。栅极区110、P+阳极108及N+区106电连接到参考端子122，参考端子122优选地为GND或VSS。P+区112及N+区114电连接到端子120，端子120优选地为待受保护的输入、输出或输入-输出端子。

接下来参看图2，其为下部SCR沿着如图1中的线所指示的平面A-A’的横截面图。所述SCR形成于P型衬底(PSUB)200上。N型掩埋层(NBL)101是通过离子植入而形成于PSUB 200中位于表面下方。总的来说，n型阱(NWELL)100与NBL 101形成隔离式P型区(PSUB)102。下部SCR包含形成于NWELL 100中的P+阳极108及形成于p型阱区104中的N+阴极114。作用P+区112及108、N+区114及106以及栅极110下方的沟道区由浅沟槽隔离(STI)区124分离。

现在转到图3，其为图2的SCR的简化图，其展示个别双极晶体管。为清晰起见省略了浅沟槽隔离(STI)区。图2的下部SCR包括垂直SCR及水平SCR。垂直SCR包含PNP晶体管304及NPN晶体管306且形成从P+阳极108经由NWELL 100到NBL 101并经由PSUB 102返回到N+阴极114的垂直电流路径。水平SCR包含PNP晶体管300及NPN晶体管302且形成直接从P+阳极108到N+阴极114的水平电流路径。寄生电阻器301为PNP晶体管300的基极-射极分流电阻器。寄生电阻器303为NPN晶体管302及306的基极-射极分流电阻器。

关于图1-3的SCR的操作会出现数个问题，其限制操作电压、SCR的增益，并引入可靠性问题，如在以下论述中将变得显而易见。本发明的各种实施例针对于解决这些问题且改善SCR的操作，而不会增加工艺复杂度。

发明内容