[发明专利]一种高维持电压的低触发双向可控硅静电防护器件

说明书

本发明公开了一种高维持电压的低触发双向可控硅静电防护器件，包括P型衬底，P型衬底内设有N深阱；N型深阱内设有第一P阱和第二P阱；第一P阱内设有第一P+注入区、第二P+注入区、第一N+注入区；第二P阱内设有第二N+注入区、第三P+注入区、第四P+注入区；所述第二P+注入区、第一N+注入区连接在一起并作为器件的阳极；所述第二N+注入区、第三P+注入区连接在一起并作为器件的阴极。本发明具有双向泄放静电的能力，可同时用于信号电平低于地和高于地的集成电路输入输出引脚的静电防护，在不增加额外面积和降低器件导通能力的前提下，保证器件具有低触发电压的同时还具有较高的维持电压，从而使得器件具有优良的ESD窗口。

技术领域

本发明涉及静电防护领域，特别涉及一种高维持电压的低触发双向可控硅静电防护器件。

背景技术

静电放电（Electro-Static Discharge，ESD）是集成电路在制造、封装、测试、输运、装配和使用过程中不可避免的现象。静电在集成电路失效的各种原因中占到了30%，对集成电路的可靠性构成了严重威胁，而静电防护器件可以在ESD发生时及时开启，为被保护的集成电路提供一条并联的低阻的泄放路径，使ESD脉冲从静电防护器件上通过，从而避免集成电路遭到ESD的损害；另外，在ESD发生后，静电防护器件可以及时自行关断，保证集成电路可以恢复正常工作状态。

双向可控硅器件（Dual-directional Silicon Controlled Rectifier, DDSCR）是用于双向ESD保护的常规器件结构，与二极管、三极管、场效应晶体管相比，因SCR结构（包括DDSCR）的正反馈机制而具有电流泄放能力强、单位面积泄放效率高、导通电阻小、鲁棒性强、防护级别高的优点，能够在半导体平面工艺上，以较小的芯片面积达成较高的静电防护等级，是一种紧凑型ESD防护器件，但是常由于触发电压过高、维持电压过低等缺陷使得其很难与被保护电路的ESD窗口相匹配。

传统低触发电压的双向可控硅的结构剖面图，如图1所示，该器件具有完全对称的结构，并对正负静电脉冲具有同样优良的泄放能力，通过该结构中横跨在P阱与N深阱的高浓度注入区降低器件的触发电压，使得器件可以在内部电路被ESD损坏前及时的开启，以保证为内部电路提供有效的ESD保护；另外，增大阳极P阱和阴极P阱之间的距离等效增大了N深阱中的寄生电阻，故当有足够的电流使得器件进入正反馈时（即维持点），N深阱中寄生电阻的阻值越大其压降也越大，从而阴极和阳极之间的压降也越大，即器件具有更高的维持电压，使得器件可以在完全泄放ESD脉冲后及时关闭，以保证内部电路可以恢复正常的工作状态，防止闩锁效应的发生，从而得到一个较为合适的ESD设计窗口以满足被保护端口的需要。

因为N深阱与P+注入区所形成的反偏结有较低的雪崩击穿电压（相对于N型深阱与P阱所形成的反偏结），故此利用横跨在P阱与N深阱之间的P+注入区有效的降低了传统DDSCR较高的击穿电压；击穿以后，雪崩电流通过路径：阳极、P+注入区、P阱、N型深阱、P+注入区、P阱，为阴极的P阱提供大电流注入（完成电导调制效应）以促使器件的完全开启，而利用增加阳极P阱与阴极P阱间距的方式来提高它们之间N深阱的寄生电阻，就使得当有足够的电流注入到P阱中完成电导调制时（即器件I-V特性曲线所对应的维持点），因为电流所经过N深阱中的寄生电阻变大导致了其两端压降的增加，进而又导致了该结构阳极与阴极之间的压降的增大，从而达到提高维持电压的目的。但是N深阱中的寄生电阻也位于该结构完全开启后的主泄放路径上：阳极、N+注入区、P阱、N型深阱、P阱、N+注入区、阴极，因此该结构的导通电阻也将增加，这就使得该结构对电流的泄放能力下降，故限制了该结构的ESD防护等级。