[发明专利]一种二极管串辅助触发SCR的双向瞬态电压抑制器

说明书

一种二极管串辅助触发SCR的双向瞬态电压抑制器，属于集成电路的静电放电防护及抗浪涌领域，可用于提高片上IC和电路系统的静电放电防护或抗浪涌能力。该双向瞬态电压抑制器主要由P衬底、深N阱、N阱、P阱、第一P+注入区、第一N+注入区、第二P+注入区、第二N+注入区、第三P+注入区、第三N+注入区和金属线构成。该器件通过结合二极管串触发电压低和BJT或SCR结构过电应力的鲁棒性强等优势，使器件在正、反向电学应力作用下，可实现无回滞且鲁棒性强的双向ESD或瞬态浪涌防护。

技术领域

本发明属于集成电路的静电放电防护及抗浪涌领域，涉及一种静电放电防护或抗浪涌器件，具体涉及一种二极管串辅助触发SCR的双向瞬态电压抑制器，可用于提高片上IC和电路系统的系统可靠性。

背景技术

由于IC及其相关电子产品在制造、组装、测试与应用等环节中，均可能受到静电放电(ESD)、瞬态电压或电流浪涌现象的影响，使电路功能或系统稳定性受到削弱或破坏，因此，ESD防护及抗浪涌的研究在半导体及电子工程应用中尤为重要。ESD或浪涌现象对国民经济产生的破坏与损失，近年来已引起国内外电子工程师和科研人员的密切关注与重视。研究与设计有效的ESD防护及抗浪涌的瞬态电压抑制器，对国民经济和社会发展具有十分重要的科研经济价值。

对于低压电路尤其射频电路的ESD防护或抗浪涌而言，最高效的ESD防护或抗浪涌器件，是在占用最小版图面积的前提下，保证器件具有较低的触发电压，较小的电容，较强的电流泄放能力和过电应力鲁棒性。又由于在一些信号I/O端口，瞬态电信号通常具有电应力方向不确定性等特点，传统单向ESD防护或抗浪涌器件在反向电应力作用下，具有较大的漏电流和较弱的电压箝制能力。因此，设计双向ESD防护或抗浪涌器件，不仅可以满足一些特殊I/O端口的ESD防护或抗浪涌需求，还能在不增大器件面积的前提下，实现ESD防护或抗浪涌的最高效能比。在已有的低压电路的ESD防护或抗浪涌应用领域中，二极管串因具有触发电压灵活可控的特点，应用较广。但是，二极管串的鲁棒性较弱，ESD防护或抗浪涌能力较差。可硅控(SCR)是当前受到广泛关注的一种具有较大潜在价值的ESD防护或抗浪涌器件，与二极管串不同，它具有强电流泄放能力。然而，SCR却存在高触发电压低维持电压特征，存在较大的闩锁风险。本发明提供了一种二极管串辅助触发SCR的双向瞬态电压抑制器设计方法及其制造原理，通过两个二极管串联路径的电压箝位作用，以及多个寄生BJT之间的正反馈作用，可实现无回滞且鲁棒性强的ESD防护或抗浪涌功能。另外，本发明器件在正、反向电学应力作用下，可呈现相同的电学特性，具有双向ESD防护或抗浪涌功能。与传统器件相比，本发明器件可大幅节省芯片面积，有效提高器件在ESD防护或抗浪涌过程中的单位面积效能。

发明内容

针对二极管鲁棒性较弱以及SCR器件触发电压较高而不适用于低压领域的ESD防护或抗浪涌等问题，本发明设计了一种二极管串辅助触发SCR的双向瞬态电压抑制器，利用二极管触发电压可控且无回滞的特点，并结合BJT或SCR的过电应力鲁棒性强的优点，可在不增加器件面积的前提下，降低器件的触发电压，增强器件鲁棒性。同时，本发明器件可在正、反向电学应力作用下，形成具有相同电学特性的电流泄放路径，实现双向ESD或瞬态浪涌防护。

本发明通过以下技术方案实现：

一种二极管串辅助触发SCR的双向瞬态电压抑制器，其特征在于：主要包括P衬底、深N阱、N阱、P阱、第一P+注入区、第一N+注入区、第二P+注入区、第二N+注入区、第三P+注入区、第三N+注入区和金属线；

其中，在P衬底的表面区域设有深N阱，P衬底的左侧边缘与深N阱的左侧边缘相连，深N阱的右侧边缘与P衬底的右侧边缘相连；

在深N阱的表面区域从左至右依次设有N阱和P阱，深N阱的左侧边缘与N阱的左侧边缘相连，N阱的右侧边缘与P阱的左侧边缘相连，P阱的右侧边缘与深N阱的右侧边缘相连；

在N阱的表面区域从左至右依次设有第一P+注入区、第一N+注入区和第二P+注入区；