[发明专利]一种具有高维持电压内嵌GDPMOS的SCR器件

说明书

技术领域

本发明属于集成电路的静电放电保护领域，涉及一种ESD保护器件，具体涉及一种具有高维持电压的SCR结构的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

随着集成技术的快速发展，电子产品日益小型化，在提高集成结构性能和集成度的同时，集成电路的内部结构在ESD冲击来临时更容易损坏，由ESD带来的可靠性问题越来越引起人们的重视。据有关引起集成电路产品失效的多种因素调研后发现：每年半导体工业因为ESD造成的经济损失高达数十亿美元。因此，为了削减因集成电路可靠性引起的高额经济损失，最为有效的方法是对集成电路的各个输出、输入端口设计相应的高效能比的ESD保护器件。

针对常规低压工艺的ESD保护措施相对较为成熟，常用的ESD保护器件结构有二极管、双极型晶体管、栅极接地NMOS管以及SCR器件等。SCR因具有较高的品质因子被认为是ESD保护效率最高的器件，但是其维持电压相对较低，难以满足集成电路对ESD保护器件的诸多要求：ESD保护器件既要能通过IEC6001-4-2的ESD鲁棒性检测标准，又要同时保证维持电压要高于被保护电路的工作电压(避免发生ESD-induced latch up)。现有的SCR器件在有限的版图面积内难以实现高维持电压特性。本文针对现有的SCR结构的ESD保护技术难题，提出了一种具有高维持电压、强鲁棒性、能够满足不同ESD设计窗口要求的技术方案，它一方面由于具有寄生SCR结构的电流泄放路径，可提高器件在有限版图面积下的电流泄放效率，增强器件的ESD鲁棒性，另一方面在ESD保护中通过内嵌的GDPMOS管结构，能有效提高器件的维持电压避免器件进入闩锁状态。

发明内容

针对现有的SCR结构的ESD保护器件中普遍存在的抗闩锁能力不足等问题，本发明实例设计了一种具有高维持电压的新的SCR结构的ESD保护器件，既充分利用了SCR器件强鲁棒性的特点，又利用了在器件中通过P+、多晶硅栅和多晶硅栅所覆盖的薄栅氧化层的版图层次的增加，使器件构成内嵌GDPMOS结构，在ESD脉冲作用下，通过综合权衡及合理控制PMOS管的沟道长度的版图参数，可得到低触发、高维持电压、强鲁棒性的可适用于高压IC电路中的ESD保护器件。

本发明通过以下技术方案实现：

一种具有高维持电压内嵌GDPMOS的SCR器件，其包括具有SCR结构的ESD电流泄放路径和可以有效钳制SCR强回滞的内嵌GDPMOS管结构，以增强器件的ESD鲁棒性并提高维持电压。其特征在于：主要由P衬底、N阱、P阱、第一N+注入区、第一P+注入区、第二P+注入区、第二N+注入区、第三N+注入区、第三P+注入区、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、第五场氧隔离区和多晶硅栅及其覆盖的薄栅氧化层构成；

在所述P衬底的表面区域内从左到右依次设有所述N阱和所述P阱；

在所述N阱的表面区域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、所述第二场氧隔离区、所述第一P+注入区、所述第二P+注入区，所述第一P+注入区和所述第二P+注入区之间设有所述多晶硅栅及其覆盖的所述薄栅氧化层；

所述第一场氧隔离区的左侧和所述N阱的左侧边缘相连，所述第一场氧隔离区的右侧与所述第一N+注入区的左侧相连，所述第一N+注入区的右侧与所述第二场氧隔离区的左侧相连，所述第二场氧隔离区的右侧与所述第一P+注入区的左侧相连，所述第一P+注入区的右侧与所述多晶硅栅及其覆盖的所述薄栅氧化层的左侧相连，所述多晶硅栅及其覆盖的所述薄栅氧化层的右侧与所述第二P+注入区的左侧相连，通过调节所述多晶硅栅及其覆盖的所述薄栅氧化层的横向长度，以满足不同维持电压的ESD保护需求；

所述P阱的表面部分区域从左到右设有所述第三场氧隔离区、所述第三N+注入区、所述第四场氧隔离区、所述第三P+注入区和所述第五场氧隔离区；

所述第三场氧隔离区的右侧与所述第三N+注入区的左侧直接相连，所述第三N+注入区的右侧与所述第四场氧隔离区的左侧相连，所述第四场氧隔离区的右侧与所述第三P+注入区的左侧相连，所述第三P+注入区的右侧与所述第五场氧隔离区的左侧相连，所述第五场氧隔离区的右侧与所述P阱的右侧边缘相连；

所述第二N+注入区横跨在所述N阱和所述P阱表面部分区域，通过调节所述第二N+注入区的左侧与所述第二P+注入区的右侧之间横向距离，以保证所述第二N+注入区的左侧与所述第二P+注入区的右侧可以直接相连，所述第二N+注入区的右侧与所述第三场氧隔离区的左侧相连；