[发明专利]一种具有双向防护能力的静电放电保护结构

说明书

技术领域

本发明主要涉及集成电路的静电保护领域，更具体的说涉及一种具有双向防护能力的静电放电保护结构。

背景技术

随着集成电路制造工艺的不断发展，金属氧化物半导体器件的尺寸变得越来越小，进入了纳米的阶段，以提高集成电路的性能和运算速度以及降低芯片的制造成本。随着器件尺寸的不断下降，随之带来一些器件可靠性问题。在芯片和器件的可靠性问题研究方面，静电放电应力带来的危害尤为显著。统计表明，35%以上的集成电路失效都是由静电放电引起的，这使得半导体产业每年有着不小的损失。静电放电所引起的失效或者是直接灾难性的，或者是潜在性的；前者使集成电路不能正常工作，后者会带来失效或寿命问题。因此对静电放电的研究和保护具有十分重要的意义。

现阶段的静电放电防护结构多为单一方向的防护。例如，在集成电路中电源线与地线之间的防护，只需要在它们之间加一个单一方向的静电放电防护结构就可以满足防护要求。但是，在某些集成电路中，设计其电源电压不工作在某一固定的值，电压值会正负的改变，那么普通的静电放电防护结构不仅不能满足这类集成电路的防护要求，有可能还会影响集成电路正常的工作。因此就需要一种能够有双向静电放电防护能力的结构来满足这一设计要求。

本发明就是针对上述问题，提出了一种具有双向防护能力的静电放电保护结构。该结构具有正负两个静电放电保护回路，且具有正负耐压的特性，该结构经过实际的流片实验和后续的测试证明具有双向的静电放电防护能力。

发明内容

本发明提出了一种用于对内部电路提供双向的静电放电防护的具有双向防护能力的静电放电保护结构。

本发明采用如下技术方案：一种具有双向防护能力的静电放电保护结构，包括P型衬底，其特征在于，在P型衬底内设有N型阱区并依次设有第一N型重掺杂区、第一P型重掺杂区、第二N型重掺杂区、第二P型重掺杂区、第三N型重掺杂区及第四N型重掺杂区，并且，第一N型重掺杂区、第一P型重掺杂区及第二N型重掺杂区位于N型阱区内，所述第二P型重掺杂区、第三N型重掺杂区及第四N型重掺杂区位于N型阱区的外部，在P型衬底的表面依次设有第一场氧化层、第二场氧化层、第三场氧化层、第四场氧化层和栅氧化层，并且，第一场氧化层位于第一N型重掺杂区与第一P型重掺杂区之间，第二场氧化层位于第一P型重掺杂区与第二N型重掺杂区之间，第三场氧化层位于第二N型重掺杂区与第二P型重掺杂区之间，第四场氧化层位于第二P型重掺杂区与第三N型重掺杂区之间，栅氧化层位于第三N型重掺杂区与第四N型重掺杂区之间，在栅氧化层的表面上设有多晶硅层，在第一N型重掺杂区、第一P型重掺杂区、第二N型重掺杂区、第二P型重掺杂区、第三N型重掺杂区、第四N型重掺杂区、第一场氧化层、第二场氧化层、第三场氧化层、第四场氧化层和栅多晶硅层上表面设有钝化层，在第一N型重掺杂区连接有第一金属层，在第一P型重掺杂区表面连接有第二金属层，在第二N型重掺杂区表面连接有第三金属层，在第二P型重掺杂区、第三N型重掺杂区和栅多晶硅层表面连接有第四金属层，在第四N型重掺杂区表面连接有第五金属层，所述N型阱区的一个边界位于第三场氧化层下方且与其有部分交叠，所述第四金属层引出外接地，所述第二金属层引出外接被保护电路，所述第一金属层、第三金属层和第五金属层由金属层二相连接，所述P型衬底、第三N型重掺杂区、第四N型重掺杂区、栅氧化层和栅多晶硅层构成用于正向静电放电保护的N型金属氧化物半导体场效应晶体管，所述第一P型重掺杂区、N型阱区和第一N型重掺杂区、第二N型重掺杂区构成用于负向静电放电保护的二极管，所述第四N型重掺杂区与第五金属层相连接处与栅多晶硅层要留有0.5-1μm的距离，以提高该结构对静电放电的保护能力。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）    本发明结构利用所述第四金属层引出外接地，所述第二金属层引出外接被保护电路，当内部电路正常工作在正电压时，第四N型重掺杂区和P型衬底形成的PN结反偏，实现了耐压，保证了本发明结构不会影响内部电路的正常工作。