[发明专利]一种具有高维持电流的环形VDMOS结构的ESD保护器件

摘要

一种具有高维持电流的环形VDMOS结构的ESD保护器件，可用于片上IC高压ESD保护电路。主要由P衬底，N埋层，P下沉掺杂，N阱，P阱，第一P+注入区，第一N+注入区，第二N+注入区，第二P+注入区，第三N+注入区，第四N+注入区，第五P+注入区，多晶硅栅，栅薄氧化层和若干场氧隔离区构成。该环形VDMOS结构的ESD保护器件在高压ESD脉冲作用下，一方面可形成上、下、左、右四面导通的ESD电流路径，以提高VDMOS器件内部电流导通均匀性、降低导通电阻，提高器件的维持电流。另一方面，可利用高浓度的N埋层与P阱之间的反向PN结击穿，降低触发电压，提高体电流泄放能力。

主权项

一种具有高维持电流的环形VDMOS结构的ESD保护器件，其包括具有类似于四个VDMOS并联的环形ESD电流导通路径，以提高维持电流和增强器件的ESD鲁棒性，其特征在于：主要由P衬底(101)，N埋层(102)，第一P阱(103)，第一N阱(104)，第二P阱(105)，第二N阱(106)，第三P阱(107)，P下沉掺杂(108)，第一P+注入区(109)，第一N+注入区(110)，第二N+注入区(111)，第二P+注入区(112)，第三N+注入区(113)，第四N+注入区(114)，第三P+注入区(115)，第一场氧隔离区(116)、第二场氧隔离区(117)、第三场氧隔离区(118)、第四场氧隔离区(123)、第五场氧隔离区(124)、第六场氧隔离区(125)和第一多晶硅栅(119)及其覆盖的第一栅薄氧化层(120)、第二多晶硅栅(122)及其覆盖的第二栅薄氧化层(121)构成；所述N埋层(102)在所述P衬底(101)的表面部分区域；所述P衬底(101)和所述N埋层(102)的表面从左到右依次设有所述第一P阱(103)、所述第一N阱(104)、所述第二P阱(105)、所述第二N阱(106)及所述第三P阱(107)；所述N埋层(102)与所述第一N阱(104)的横向叠层长度必须满足ESD设计规则，所述N埋层(102)与所述第二N阱(106)的横向叠层长度必须满足ESD设计规则；所述第一P阱(103)内设有所述第一P+注入区(109)，在所述P衬底(101)的左侧边缘与所述第一P+注入区(109)之间设有所述第一场氧隔离区(116)；所述第一N阱(104)内设有所述第一N+注入区(110)，所述第一P+注入区(109)的右侧与所述第一N+注入区(110)的左侧之间设有所述第二场氧隔离区(117)；所述第三场氧隔离区(118)横跨在所述第一N阱(104)和所述第二P阱(105)表面部分区域，所述第三场氧隔离区(118)的左侧与所述第一N+注入区(110)的右侧相连；在所述第三场氧隔离区(118)的右侧和所述第二N+注入区(111)的左侧之间的所述第二P阱(105)的表面部分区域，设有所述第一多晶硅栅(119)及其覆盖的所述第一薄栅氧化层(120)；所述第二P阱(105)内设有所述P下沉掺杂(108)，所述P下沉掺杂(108)内设有所述第二P+注入区(112)，所述第二N+(111)横跨在所述P下沉掺杂(108)的左侧和所述第二P阱(105)之间的表面部分区域，所述第二N+(111)的右侧与所述第二P+(112)的左侧相连，所述第二N+(111)的左侧与所述第一多晶硅栅(119)及其覆盖的所述第一薄栅氧化层(120)的右侧相连；所述第三N+(113)横跨在所述P下沉掺杂(118)的右侧和所述第二P阱(105)之间的表面部分区域，所述第三N+(113)的左侧与所述第二P+(112)的右侧相连，所述第三N+(113)的右侧与所述第二多晶硅栅(122)及其覆盖的所述第二薄栅氧化层(121)的左侧相连；所述第二N阱(106)内设有所述第四N+注入区(114)，在所述第二多晶硅栅(122)及其覆盖的所述第二薄栅氧化层(121)的右侧与所述第四N+注入区(114)之间设有第四场氧隔离区(123)；所述第四场氧隔离区(123)横跨在所述第二P阱(105)和所述第二N阱(106)的表面部分区域，所述第四场氧隔离区(123)的右侧与所述第四N+注入区(114)相连；所述第三P阱(107)内设有所述第三P+注入区(115)，所述第四N+注入区(114)与所述第三P+注入区(115)之间设有所述第五场氧隔离区(124)，所述第五场氧隔离区(124)横跨在所述第二N阱(106)与所述第三P阱(107)的表面部分区域，在所述第三P+注入区(115)和所述P衬底(101)的右侧边缘之间设有所述第六场氧隔离区(125)；分别选中所述第一P阱(103)和所述第三P阱(107)、所述第一N阱(104)和所述第二N阱(106)、所述第一P+注入区(109)和所述第三P+注入区(115)、所述第一N+注入区(110)和所述第四N+注入区(114)、所述第二N+注入区(111)和所述第三N+注入区(113)、所述第一场氧隔离区(116)和所述第六场氧隔离区(125)、所述第二场氧隔离区(117)和所述第五场氧隔离区(124)、所述第三场氧隔离区(118)和所述第四场氧隔离区(123)、所述第一栅薄氧(120)和所述第二栅薄氧(121)、所述第一多晶硅栅(119)和所述第二多晶硅栅(122)，将它们分别逐一复制、粘贴并顺时针旋转90度后，可构成环形(如方形、矩形)的P阱、环形(如方形、矩形)的N阱、环形(如方形、矩形)的P+注入区、环形(如方形、矩形)的N+注入区、环形(如方形、矩形)的场氧隔离区、环形(如方形、矩形)的多晶硅栅，上述版图层次均构成以方形或矩形的所述第二P+注入区(112)为中心的多个环形版图；所述第一N+注入区(110)、所述第一多晶硅栅(119)、所述第二多晶硅栅(122)、所述第四N+注入区(114)分别与第一金属1(219)、第二金属1(220)、第四金属1(222)、第五金属1(223)相连接，所述第二N+注入区(111)、所述第二P+注入区(112)和所述第三N+注入区(113)均与第三金属1(221)相连；所述第一金属1(219)和所述第五金属1(223)均与第一金属2(225)相连，用作器件的金属阳极；所述第二金属1(220)、所述第三金属1(221)和第四金属1(222)均和第二金属2(224)相连，用作器件的金属阴极。