[发明专利]一种双穿通结构同时触发的低电容SCR结构在审

专利信息
申请号: 202210649430.0 申请日: 2022-06-09
公开(公告)号: CN115346977A 公开(公告)日: 2022-11-15
发明(设计)人: 刘继芝;薛文辉 申请(专利权)人: 电子科技大学
主分类号: H01L27/02 分类号: H01L27/02
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 611731 四川省成*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 双穿通 结构 同时 触发 电容 scr
【说明书】:

发明属于电子技术的静电防护领域,具体涉及一种利用双穿通结构同时触发的低电容SCR器件;相较于传统的雪崩击穿触发SCR结构,本发明利用双穿通结构在保证触发电压较低时,极大的降低了电容,且拥有高鲁棒性,可以很好的泄放ESD电流。

技术领域

本发明属于电子技术的静电防护领域,具体涉及一种利用双穿通结构同时触发的低电容SCR结构。

背景技术

在集成电路行业,静电放电(Electro-Static Discharge、简称ESD)事件对芯片的影响损伤愈发严重,严重制约了半导体产品使用的可靠性,因此针对静电放电现象的静电防护设计是十分必要的。而随着整个行业向着超大规模集成电路发展,个体器件就需要尺寸更小、精度更高、速度更快。在此趋势下,ESD防护器件也在向着低电压、低电容的方向迈进。低电压是因为被保护电路的工作电压和失效电压都在降低,这就要求ESD防护设计的整个窗口也在降低,而ESD 防护器件的设计要求器件从开启导通、泄放电流到关断的整个过程都在器件的防护窗口之间,所以触发电压的大小对于防护器件是一个很重要的指标。同时,在高速传输和快充等领域,更小的电容值是一个主要的发展方向,这是因为过大的电容会引起传输过程中的信号缺失,大电容也会导致充放电时间过长降低器件的开关速度,这也就要求作为芯片一部分的ESD防护器件也要向低电容方向发展。

在常用于ESD事件防护设计的器件中,SCR器件是公认的高鲁棒性器件,即该类器件的单位面积效率非常高。当SCR器件触发开启后会进行两个三极管互相正反馈的电导调制,将器件的电位钳在一个较低的电位就能进行较大的电流泄放。SCR器件的触发开启通常都是利用反向PN结的雪崩击穿,而雪崩击穿的击穿电压主要是与PN结两侧的掺杂浓度有关,掺杂浓度越高,击穿电压越小。而器件的电容值同样与PN结的两侧的掺杂浓度有关,掺杂浓度越低,势垒电容越小。所以,利用反偏PN结雪崩击穿触发的SCR器件很难同时得到低触发电压和低电容。

以SCR器件在ESD领域最常用的结构MLSCR为例,其结构如图1所示: P型硅衬底100。在P型硅衬底上形成N型阱区101,在N型阱区101内由左至右形成N型重掺杂有源区203和P型重掺杂有源区202;在P型硅衬底上形成P 型阱区201,在P型阱区201内由左至右形成N型重掺杂有源区202和P型重掺杂有源区203。在N型阱区101和P型阱区201接触的表面有P型重掺杂跨接区 400。在该结构中,N型阱区101内的P型重掺杂有源区102和N型重掺杂有源区103与器件的阳极相连;P型阱区201内的N型重掺杂有源区202和P型重掺杂有源区203与器件的阴极相连。这个结构是利用一个P型重掺杂跨接区400 来辅助触发,由于其掺杂浓度会比阱区高很多,所以由其和N型阱区101组成的PN结反向击穿电压会比两个阱区之间构成的PN结反向击穿电压小。但是,一方面由于其PN结一侧的阱区掺杂浓度并不低,利用反向击穿得到的触发电压并不能降到很小;一方面其电容结构为三部分并联构成,分别是电容C1表示N 型阱区201和P型高掺杂区域400之间等效的电容,C21表示N型阱区201和P 型阱区301之间等效的电容,C22表示N型阱区201和P型衬底100之间等效的电容。由电容的计算方法可知,此并联电容结构的整体电容值为三部分电容之和,所以这种结构在获得低电压时的整体电容值很高。

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