[发明专利]双向可控硅整流器

说明书

本发明提供一种双向可控硅整流器包括：第一导电型的衬底、第二导电型的阱区、浅沟槽隔离结构、第一导电型的六个重掺杂区、第二导电型的六个重掺杂区以及第一导电型的四个静电放电(ESD)注入层。在所述阱区中有并排的四个有源区，且中间有源区内有正向与反向的可控硅整流器以及所述ESD注入层，两侧有源区内有正向与反向的二极管，且在所述可控硅整流器与所述二极管之间设置有与第一导电型的ESD注入层接触的第一导电型的重掺杂区，使所述二极管的第二导电型的重掺杂区与前述第一导电型的重掺杂区电连接，因此整个双向可控硅整流器可增加两条由正向与反向二极管构成的低压辅助触发通路，以大幅降低双向可控硅整流器在正向和反向工作模式下的触发电压。

技术领域

本发明涉及一种及半导体静电保护技术领域，具体涉及一种用于双向低压防护的紧凑型可控硅整流器(Low-voltage and Compact Dual-directional SCR，简称LVCDDSCR)。

背景技术

随着集成电路工艺的不断发展，静电放电(Electro-Static Discharge，简称ESD)事件带来的芯片损伤愈发严重，严重制约了半导体产品的可靠性。因此，为芯片提供有效的片上(on-chip)ESD防护设计是十分必要的。在具体的芯片ESD防护设计中，通常会遇到一些I/O端口的工作电压同时存在正、负电压的情形，此时需要为其提供双向的ESD防护。在众多可供选择的ESD防护器件中，双向可控硅整流器(DDSCR)具有高防护能力，较低的导通电阻和寄生电容，因而是一种非常適合的双向ESD防护器件。

然而，传统DDSCR结构中，通常需要设置隔离结构，即利用深N阱将器件的两个P阱与P型衬底相隔离，以避免器件在反向工作时被衬底二极管所短路。在先进工艺中，上述深N阱会进一步演变为一个埋层区域，此时，为实现有效的隔离，还需为DDSCR提供横向的N阱隔离环结构。DDSCR器件中隔离结构的存在会大大增加器件的版图面积，因而等效地降低了器件的面积效率。

为了消除传统DDSCR器件对复杂的隔离结构的依赖，已有研究提出了一种紧凑的自隔离型DDSCR器件，如图1A所示，P型衬底100中使用浅沟槽隔离结构(Shallow TrenchIsolation，简称STI)在N型阱区102划分两个有源区，一个有源区内包含N+掺杂区104a与P+掺杂区106a，并通过利用先进CMOS工艺中的P-ESD注入层108a来代替传统DDSCR中P阱的功能；另一个有源区内同样包含N+掺杂区104b、P+掺杂区106ba与P-ESD注入层108b。因此，可以在一个N型阱区102实现双向的ESD防护功能，从而大幅缩减了器件面积，改善面积效率。

然而，由图1B的等效电路图可知，紧凑的自隔离型DDSCR器件没有针对触发通路进行优化。此时，器件在ESD脉冲来临时，只能通过内部的寄生PNP晶体管(即图1B中PNP₁)的共发射极集电结雪崩击穿电压(BV_CEO)来触发导通，因而会产生较大的触发电压。随着集成电路工艺节点的不断微缩，ESD设计窗口(即规定了ESD防护电路的工作区域)不断减小，这使得上述紧凑的自隔离型DDSCR器件很可能由于过高的触发电压，不能在芯片内部电路失效之前完成ESD电荷的泄放工作，这对芯片的可靠性带来了具大的挑战。

发明内容

本发明是针对一种双向可控硅整流器，用于双向低压防护，能大幅降低器件在正向和反向工作模式下的触发电压。

根据本发明的实施例，一种双向可控硅整流器包括：第一导电型的衬底、第二导电型的阱区、浅沟槽隔离结构、第一导电型的六个重掺杂区、第二导电型的六个重掺杂区以及第一导电型的四个ESD注入层(ESD implantation)。浅沟槽隔离结构形成在所述衬底内，且在所述阱区中分隔出并排的第一有源区、第二有源区、第三有源区与第四有源区。