[发明专利]高压静电保护结构

说明书

本发明公开了一种高压静电保护结构，基于SCR，在衬底中具有第一高压阱及第二高压阱，第一高压阱中有第一及第二重掺杂区，第二高压阱中有第三及第四重掺杂区；第一高压阱与第二高压阱之间的衬底表层具有第五重掺杂区及第六重掺杂区；第五重掺杂区靠近第一高压阱，第六重掺杂区靠近第二高压阱，第五重掺杂区横跨在第一高压阱与衬底之间，第六重掺杂区横跨在第二高压阱与衬底之间。第五及第六重掺杂区的形状、数量及扩散半径可调，可以灵活地控制寄生SCR结构的电流分配，达到调整电流流出的路径的比例实现调整Snap‑back骤回维持电压的目的，提高器件抗静电能力。

技术领域

本发明涉及半导体器件设计与制造领域，特别是指一种高压静电保护结构。

背景技术

静电是一种客观的自然现象，产生的方式多种，如接触、摩擦、电器间感应等。静电的特点是长时间积聚、高电压、低电量、小电流和作用时间短的特点。静电在多个领域造成严重危害。摩擦起电和人体静电是电子工业中的两大危害，常常造成电子电器产品运行不稳定，甚至损坏。

随着半导体集成电路的制造工艺的特征尺寸越来越小，芯片单元的尺寸也越来越小，芯片的抗静电能力越来越变得重要。静电往往会导致半导体组件以及计算机系统等形成一种永久性毁坏，因而影响集成电路的电路功能，而使电子产品工作不正常，所以必须设计一些保护措施或者功能来保护芯片不受静电放电现象的破坏。

SCR是Silicon Controlled Rectifier的缩写，是可控硅整流器的简称，即普通晶闸管。可控硅有单向、双向、可关断和光控几种类型。它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、控制方便等优点，被广泛用于可控整流、调压、逆变以及无触点开关等各种自动控制和大功率的电能转换的场合。单向可控硅是一种可控整流电子元件，能在外部控制信号作用下由关断变为导通，但一旦导通，外部信号就无法使其关断，只能靠去除负载或降低其两端电压使其关断。单向可控硅是由三个PN结PNPN组成的四层三端半导体器件，与具有一个PN结的二极管相比，单向可控硅正向导通受控制极电流控制；与具有两个PN结的三极管相比，差别在于可控硅对控制极电流没有放大作用。双向可控硅具有两个方向轮流导通、关断的特性。双向可控硅实质上是两个反并联的单向可控硅，是由NPNPN五层半导体形成四个PN结构成、有三个电极的半导体器件。由于主电极的构造是对称的(都从N层引出)，所以它的电极不像单向可控硅那样分别叫阳极和阴极，而是把与控制极相近的叫做第一电极A1，另一个叫做第二电极A2。双向可控硅的主要缺点是承受电压上升率的能力较低。这是因为双向可控硅在一个方向导通结束时，硅片在各层中的载流子还没有回到截止状态的位置，必须采取相应的保护措施。双向可控硅元件主要用于交流控制电路，如温度控制、灯光控制、防爆交流开关以及直流电机调速和换向等电路。

SCR常用作ESD保护器件，特别是高压的ESD保护应用，SCR有面积小、ESD能力高的优势。如图1所示，是常见的SCR器件的剖面示意图，图中接地端位于高压P阱(HVPW)中，静电端位于高压N阱(HVNW)中，高压P阱与高压P阱的侧面抵靠接触并且在接触面的硅衬底表面处具有场氧，阱中分别具有N型及P型的扩散区，同一阱中的扩散区之间间隔场氧。图2是图1的等效电路图。传统的SCR结构发生Snap-back后维持电压Vh一般不超过10V，在高压端口应用有较大的latch-up风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高压静电保护结构，在不增加器件面积的前提下提高器件的静电防护能力。

为解决上述问题，本发明所述的高压静电保护结构，其基于SCR结构，所述结构由在第一导电类型的衬底中的第一导电类型的第一高压阱及第二导电类型的第二高压阱构成；

所述第一高压阱中包含有第一导电类型的第一重掺杂区及第二导电类型的第二重掺杂区，所述第一重掺杂区与第二重掺杂区之间间隔有场氧；

所述第二高压阱中包含有第一导电类型的第三重掺杂区及第二导电类型的第四重掺杂区；所述第三重掺杂区与第四重掺杂区之间间隔有场氧；