[发明专利]一种用于输入输出端口和电源钳位的SCR器件

说明书

本发明属于集成电路的静电放电(ESD：Electrostatic Discharge)保护领域，具体提供一种用于输入输出端口和电源钳位的SCR器件，用以同时实现保护输入输出端口和电源钳位；本发明SCR器件包括1个主泄放器件和1个辅助控制器件，其中，辅助控制器件作为控制主泄放器件的开关，辅助控制器件在正常工作时使主泄放器件关断，不影响被保护电路的正常工作；在ESD事件到来时，辅助控制器件使主泄放器件导通，泄放ESD电流；同时，通过设计内部的RC通路的参数，能够降低主泄放器件的触发电压，且该触发电压可调制。

技术领域

本发明属于集成电路的静电放电(ESD：Electrostatic Discharge)保护领域，涉及一种ESD保护结构器件，具体涉及一种新型的用于输入输出端口和电源钳位的ESD保护SCR器件结构。

背景技术

自1947年第一个双极型晶体管发明和1958年第一块IC芯片诞生以来，静电放电对IC芯片的可靠性构成了日益严重的威胁。ESD破坏具有隐蔽性、潜伏性、随机性和复杂性等特点。在IC芯片的制造、测试、封装、运输和使用等过程中，很可能会因ESD而损坏，由此造成的损失令人触目惊心，因此很有必要对IC芯片的ESD保护方案进行研究。

ESD防护方案的设计需要保证电子产品或IC芯片在正常工作时，ESD防护器件或电路处于关断状态，这样既可以降低电子产品或芯片的功耗，又不会改变它们管脚上的电位，避免影响电路性能。在集成电路中，二极管、MOSFET、SCR是ESD的基本保护器件，其中SCR是最具有效率的ESD保护器件之一。SCR由于其维持电压很低，导通电阻小，所以能够承受很高的ESD电流，因此天然具有高的ESD鲁棒性。相较其它ESD保护器件，SCR器件的单位面积ESD保护能力最强。

在特定的半导体工艺中，ESD保护器件除了要实现较强的电流泄放能力以外，还需要保护器件工作在特定的设计窗口内。一般来讲，ESD所能承受的电压的安全范围应该小于集成电路中常规MOSFET器件的栅氧化层击穿电压(BV_ox)和源漏击穿电压(BV_DS)之中的最小值，这就要求ESD保护器件的开启电压V_t1必须要小于这个最小值。然而，随着集成电路工艺的进步，MOSFET管的特征尺寸越来越小，栅氧化层的厚度也越来越薄，上述的最小值也越来越小。在这种趋势下，用低触发电压的ESD器件来泄放静电电荷以保护栅极氧化层显得十分重要。

在CMOS工艺中，已有一种SCR器件结构可以实现降低SCR器件的开启电压V_t1的目的，且不需要外部触发电路就可以实现ESD保护的功能；该器件具有触发电压低、触发方式简单，占用芯片面积小的优点。该器件结构和等效电路图如图1所示，包括：

p型硅衬底110；

所述衬底110上形成阱区，所述阱区包括一个n型阱区120和一个p型阱区130，且所述阱区120邻接所述阱区130；

所述n型阱区120内设有一个n型的重掺杂区121和一个p型的掺杂区122，且所述区域121和区域122与SCR阳极相连；

所述p型阱区130内设有一个n型的重掺杂区131和一个p型的重掺杂区132，且区域131和区域132与SCR阴极相连；

所述n型阱区120和p型阱区130之间跨接一个n型的重掺杂区123；

所述n型重掺杂区123和n型重掺杂区131之间的硅表面上有一个栅氧化层区140，所述n型重掺杂区123和p型重掺杂区122之间的硅表面上有一个栅氧化层区142，且所述两栅氧化层区上的多晶硅层通过金属层直接相连。