[发明专利]一种用于高压ESD保护的LDMOS-SCR器件

说明书

一种用于高压ESD保护的LDMOS‑SCR器件，属于集成电路静电释放保护电路技术领域。本发明用于高压ESD保护的LDMOS‑SCR器件包括1个LDMOS‑SCR和(n‑1)个与阱电阻并联的VSCR堆叠单元，其中，LDMOS‑SCR的栅电容和堆叠单元中的阱电阻构成一个内嵌的RC通路，可以实现降低LDMOS‑SCR触发电压的目的，而器件的维持电压由1个LDMOS‑SCR器件的维持电压和(n‑1)个VSCR堆叠单元的维持电压共同决定，会随着堆叠VSCR的个数的增加而增加。因此，本发明用于高压ESD保护的LDMOS‑SCR器件在实现高的维持电压的同时，保持了较低的触发电压。

技术领域

本发明属于集成电路静电释放(ESD：Electro-Static discharge)保护电路技术领域，具体涉及一种用于高压ESD保护的高维持电压的横向扩散金属氧化物半导体(Laterally Diffused Metal Oxide Semicondutor简称LDMOS)-半导体控制整流器SCR(Semiconductor Control Rectifier简称SCR)。

背景技术

静电放电(ESD)是有限的电荷在两个不同电势的物体之间转移的过程，该瞬时的放电过程会产生极高的电压及电流脉冲，在IC制造及应用环境中，该电流流经IC电路时会对电路内部器件的栅氧化层、金属互联等造成损伤，从而导致器件失效。

ESD保护器件可以有效降低器件的静电放电，其工作电压需要大于IC电路的最高电位以保证ESD保护器件在IC电路正常工作时保持关态，一般下限为VDD加上10％的电压余量，同时其工作电压上限需要小于栅氧化层的击穿电压BVox。常见的高压集成电路ESD保护器件是基于LDMOS的器件，存在触发电压高、维持电压低、失效电流小等缺点。而LDMOS-SCR器件具有较高的维持电压，在释放静电电荷、保护高压电路方面具有广阔的应用前景。

图1为现有的用于高压ESD保护的LDMOS-SCR器件结构(a)及其等效电路(b)；该LDMOS-SCR器件是由一个寄生的pnp晶体管和一个寄生的npn晶体管以及一个多晶硅栅构成。其中，p型重掺杂区122、n型深阱区120、p型阱区130和p型重掺杂区132构成一个pnp晶体管，n型重掺杂区131、p型阱区130、n型深阱区120和n型重掺杂区121构成一个npn晶体管，R_DNW为n型深阱区120电阻，R_PW为p型阱区130电阻，多晶硅栅接阴极。当发生ESD时，寄生npn管的集电结反偏，当反偏电压大于该pn结的雪崩击穿电压时，该pn结产生大量的电子空穴对，电子流过n型深阱区120的电流在R_DNW上产生压降，使p型重掺杂区122和n型深阱区120形成的pn结正偏，即寄生pnp管的发射结正偏。随着pnp管开启，pnp管的集电极电流流过p型阱区130电阻R_PW，使n型重掺杂区131和p型阱区130形成的pn结正偏，即npn管中的发射结正偏，使npn管开启。然后，pnp管的集电极电流为npn管提供基极电流，且npn管的集电极电流为pnp管提供基极电流，在寄生pnp管与npn管之间产生正反馈机制，LDMOS-SCR导通。然而，LDMOS-SCR器件的维持电压通常为2V-3V，当其用于保护电源电压大于10V的高压集成电路时，其维持电压过低，容易发生闩锁效应，导致整个集成电路失效，这种现象在高压集成电路中尤为严重。因此，提高LDMOS-SCR器件的维持电压是LDMOS-SCR器件作为高压ESD保护器件的重要研究方向。