[发明专利]适用于消费电子的紧凑型静电防护器件及静电防护电路

说明书

本发明提供一种适用于消费电子的紧凑型静电防护器件及静电防护电路，本发明静电防护器件包括第一导电类型衬底，设置在第一导电类型衬底上的第一导电类型阱区、第二导电类型阱区及第二导电类型深阱区，所述第二导电类型深阱区设置在所述第一导电类型阱区和第一导电类型衬底之间；所述第一导电类型阱区内设有两个第二类型重掺杂有源区，所述第二导电类型阱区内设有两个第一类型重掺杂有源区；一第二类型重掺杂有源区和一第一类型重掺杂有源区分别设有电源脚，用于连接电源端和电源地端，另一第二类型重掺杂有源区及另一第一类型重掺杂有源区用于接I/O端口。本发明能够大幅降低电子产品的制造成本和封装尺寸。

技术领域

本发明涉及集成电路结构领域，具体涉及一种适用于消费电子的紧凑型静电防护器件，还设计一种包括所述适用于消费电子的紧凑型静电防护器件的静电防护电路。

背景技术

静电放电（Electro-Static Discharge，简称ESD）是集成电路可靠性领域的一个重要分支。随着半导体制造工艺的不断发展，静电放电事件所引起的芯片/印刷电路板（Printed Circuit Board，简称PCB）损伤愈发严重，这很大程度上会延长电子产品的研发周期，增大研发费用，并很有可能恶化产品最终的使用寿命。因此，为电子产品提供有效的片上（on-chip）ESD防护，以及为PCB电路提供可靠的片外（off-chip）防护，如瞬变电压抑制二极管（Transient Voltage Suppressor，简称TVS），均是十分必要的。

目前，工业界最典型的整体静电防护方案由“二极管器件 + 电源钳位电路”所构成，见附图1（a）。其中，电源钳位电路通常被放置于电源轨（VDD，VCC等）和地轨（GND，VSS等）之间，用于泄放供电轨道上的静电荷。而二极管器件，细分为P型二极管（P型重掺杂区/N阱DIODE，简称DP）和N型二极管（N型重掺杂区/P阱 DIODE，简称DN），两者的结构剖面图见附图1（b）。通常P型二极管被放置于信号端（Input/Output，简称I/O）与电源轨之间，具有单向导电性，ESD整流方向为：I/O→VDD；而N型二极管被放置于信号端（Input/Output，简称I/O）与地轨之间，同样具有单向导电性，ESD整流方向为：GND→I/O。通过上述的“二极管器件 + 电源钳位电路”防护网络，便可以实现任意两个端口之间的静电防护功能。

然而需要注意的是，ESD器件自身的寄生参数（如寄生电容）还会对内部电路造成影响，尤其是在一些高频的信号端口上，放置于I/O端口两侧的ESD防护器件自身的寄生电容会严重干扰内部电路的正常工作。ESD器件额外引入的寄生电容很可能会造成电路功能的紊乱。在高频端口的ESD防护工程中，通常需要在ESD鲁棒性和寄生电容之间进行折衷，因而，在不牺牲鲁棒性的前提下，如何有效降低ESD防护器件的寄生电容一直是高频ESD防护工程中的一大难题。

传统的二极管器件，由于其器件结构和版图通常较为简单，因而优化空间很小。近些年来，一种P-N-P-N四层器件，也叫浮空基极的可控硅整流器，作为一种低电容ESD防护器件在多种制造工艺中被广泛的提出，以取代传统的ESD二极管器件，如附图2（a）、图2（b）、图2（c）所示。相比二极管，P-N-P-N器件的器件结构和工作机理都要复杂的多，但其I-V特性通常却与二极管相差不大，如附图2（d）所示，这也使得其能够在整体静电防护网络中替代传统二极管的角色。然而，对于典型的商用CMOS工艺，在版图实现中，P-N-P-N器件相比二极管，需要多使用一个深N阱和一个环状的N阱（用于隔离P阱），这会大大增加版图面积。对比附图1（a）和2（a）可知，当信号端口的数量较多时，利用P-N-P-N器件替换二极管，所额外增加的版图面积是相当可观的，这会大幅增加产品的封装尺寸及制造成本，尤其是对于消费电子，如手机和平板电脑等便携式设备，是无法容忍的。

发明内容

为解决现有技术中实现低寄生电容而带来的版图面积增大的技术问题，本发明提供一种适用于消费电子的紧凑型静电防护器件及包括所述适用于消费电子的紧凑型静电防护器件的静电防护电路。