[发明专利]一种嵌套型多指双向可控硅静电防护器件

说明书

本发明公开了一种嵌套型多指双向可控硅静电防护器件，其特征在于：包括P型衬底；P型衬底内的N型深阱，N型深阱内从左到右设有第二左P阱、第一左P阱、第一右P阱、第二右P阱；第一左P阱内从右到左设有第一左P+注入区、第一左N+注入区、第二左P+注入区；第二左P阱内从右到左设有第三左P+注入区、第二左N+注入区、第四左P+注入区；第一右P阱内从左到右设有第一右P+注入区、第一右N+注入区、第二右P+注入区；第二右P阱内从左到右设有第三右P+注入区、第二右N+注入区、第四右P+注入区。本发明在提高器件对静电脉冲的泄放能力的同时，利用嵌套的方式有效地提高了维持电压，防止在内部电路正常工作时闩锁效应的发生。

技术领域

本发明涉及集成电路静电防护领域，特别涉及一种嵌套型多指双向可控硅静电防护器件。

背景技术

静电放电（Electro-Static Discharge，ESD）是自然界普遍存在的现象，由于其放电瞬间能量的集中，使其对一些精密仪器有巨大的危害；随着集成电路的制程越来越先进，尺寸越来越小，其本身对静电的防护能力也越来越低，一次普通的ESD现象就可能造成电路中MOS管的栅氧层被击穿、电路中较细的导线被熔断等情况出现，从而使内部电路不能正常工作，甚至失效。因此人们使用ESD保护器件将其与被保护的电路并联起来，保证在内部电路正常工作时，ESD保护器件呈关闭状态，不会影响被保护电路的正常工作；而ESD发生时，ESD保护器件在内部电路被ESD损坏之前开启，ESD保护器件将提供一条低阻的泄放路径，防止ESD电流流入内部电路而造成损伤。

可控硅器件（Silicon Controlled Rectifier，SCR）是芯片内ESD防护的常规器件结构。因其自身存在正反馈结构使得其具有很强的电流泄放能力、鲁棒性强、防护级别高等优点，被广泛使用在高性能、高防护等级的电路中。但是由于其较高的触发电压和较低的维持电压使得其很难直接用于电路的ESD保护，常需要以其为基础做一些结构上的改进才能在为电路提供有效保护的同时不影响电路本身的正常工作。双向可控硅器件（Bidirectional SCR，BSCR）是一种将两个不同方向的SCR集于同一器件之中，实现了对正向和反向两个方向对电压进行箝位，且同时具有传统SCR一样强大的电流泄放能力与ESD防护等级的器件。

如图1所示，图1为低触发单指NPNPN型双向可控硅静电防护器件剖面图，该器件以中轴线为对称轴，呈左右对分布，左侧定义为阳极，右侧定义为阴极（因为该器件是双向器件且结构对称，器件的阳极、阴极可以任意调换）；该器件基于传统BSCR结构，保证了器件对正负静电脉冲均具有较强的泄放能力，除了传统的NPNPN型双向可控硅的基本结构外，位于N深阱与P阱之间的P+注入区与N深阱所形成的反偏PN结有较低的雪崩击穿电压，继而使得触发电压降低，另外配合增加阳极P阱和阴极P阱的间距“S”提高器件的维持电压从而得到一个具有良好ESD设计窗口的双向可控硅静电防护器件。

已有单指NPNPN型双向可控硅静电防护器件的等效电路图如图2所示，当有足够大的正向ESD脉冲从阳极进入器件后，拥有较低雪崩击穿电压的二极管diode2（由横跨在P阱与N型深阱之间的P+注入区所形成）将被率先击穿，随后雪崩电流通过并联在Q2基极与发射极间的电阻RP阱使得Q2的基极与发射极之间达到开启电压，从而导致Q2开启，Q2开启后又为Q3提供了基极电流使得Q3被开启，而Q3的开启又会反过来为Q2提供基极电流，即在Q2与Q3之间形成了正反馈，此时器件进入闩锁状态，形成低阻通路泄放ESD电流。