CN100524758C - Scr防静电保护结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SCR防静电保护结构，包括P型衬底，在P型衬底上包括有N阱注入区和P阱注入区；在N阱注入区内包括有一个P型注入区和一个N型注入区，N阱注入区内的P型注入区和N型注入区之间被一个场氧化层隔离区隔开；在P阱注入区也包括有一个P型注入区和一个N型注入区，P阱注入区的P型注入区和N型注入区之间有若干二极管单元，在所述N阱注入区内的P型注入区与所述P阱注入区的N型注入区之间的场氧化层隔离区的上面设置有多晶硅，所述多晶硅连接有一个触发电路。本发明有效的降低了可控硅的开启电压，既保证不增加新的工艺条件，又使得用于ESD放电的寄生NPN管与PNP管更容易开启，可以充分发挥其ESD能力。

Description

SCR防静电保护结构
技术领域
本发明涉及一种半导体器件结构，尤其是一种SCR防静电保护结构。
背景技术
静电对于电子产品的伤害一直是不易解决的问题，当今流行的工艺技术是使用SCR(可控硅结构)作为ESD(静电放电)保护器件，如图1所示，现有的SCR防静电保护结构，包括P型衬底6，在所述P型衬底6上包括有N阱注入区4和P阱注入区5；在所述N阱注入区4内包括有一个P型注入区8和一个N型注入区9以及隔开二者的一个场氧化层隔离区10；在所述P阱注入区5也包括有一个P型注入区2和一个N型注入区3，不过在二者之间有若干二极管单元7，每个二极管单元由P型注入区和N型注入区以及位于二者之间的场氧化层隔离区组成。ESD电荷注入端(图中未示出)与所述N阱注入区4的P型注入区8和N型注入区9相连接。P阱注入区5中的P型注入区2，P阱注入区5中的N阱注入区3，N阱注入区4中的P型注入区8以及N型注入区9组成了P-N-P-N四层半导体结构。这也是导致金属氧化层晶体管闩锁效应问题的结构。在ESD的防护能力上，这种结构能在最小的布局面积下，提供最高的ESD防护能力。其开启电压相当于N阱注入区4与P阱注入区5的接面击穿电压。由于N阱注入具有较低的掺杂浓度，因此其击穿电压高达30-50V，具有如此高的击穿电压，使得其要保护的内部电路有可能早于其开启就被ESD静电电荷打坏。
这种防静电保护器件的等效电路可参见图2，包括有一个PNP管和一个NPN管，所述PNP管的发射极通过一个电阻接到该PNP管的基极，所述PNP管的集电极连接到所述NPN管的基极，所述PNP管的基极还连接到所述NPN管的集电极，所述NPN管的发射极通过另一个电阻连接到该NPN管的基极，所述NPN管的发射极经二极管串单元后接地，所述PNP管的发射极作为Anode阳极。当ESD发生时，泄放的静电电荷会造成保护器件的两个寄生三极管，即图2中的PNP管和NPN管导通。如图3所示，器件会产生Snapback(阶跃恢复)的现象，当ESD发生时，泄放的静电电荷会造成这两个寄生三极管的开启，其N阱的反向PN结发生击穿，此时寄生三极管进行正向放大区，出现负阻效应，电流增大，电压减小，见AB一段，B点为发生负阻效应的电压最小值，在NPN管的发射基增加二极管串单元接地后，可以有效的提高B点电压，使得发生Snapback现象后的维持电压B点不至于低于正常工作时的VDD电压，防止闩锁效应发生。
但是，随着ESD电荷的进一步增大，电压又会随着电流一起增大，见BC一段。C点为电流过大造成三极管热损坏点。其中A点N阱反向PN结击穿电压高达30-50V，具有如此高的击穿电压，使得其要保护的内部电路有可能早于其开启就被ESD静电电荷打坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种SCR防静电保护结构，它可以降低触发电压，能够在发生静电放电时，寄生NPN管和PNP管能够及时开启，充分的对器件进行保护。
为解决上述技术问题，本发明SCR防静电保护结构的技术方案是，它包括P型衬底，在所述P型衬底上包括有N阱注入区和P阱注入区；在所述N阱注入区内包括有一个P型注入区和一个N型注入区，所述N阱注入区内的P型注入区和N型注入区之间被一个场氧化层隔离区隔开；在所述P阱注入区包括有一个第一P型注入区和一个第一N型注入区，所述P阱注入区的第一P型注入区和第一N型注入区之间有若干二极管单元，所述二极管单元由第二P型注入区和第二N型注入区以及位于二者之间的场氧化层隔离区组成，所述N阱注入区内的P型注入区与所述P阱注入区的第一N型注入区之间被一个场氧化层隔离区隔开，其中，在所述N阱注入区内的P型注入区与所述P阱注入区的第一N型注入区之间的场氧化层隔离区的上面设置有多晶硅，所述多晶硅连接有一个触发电路。
本发明通过在传统的可控硅结构的基础上增加了多晶硅与氧化层隔离组成的触发结构，有效的降低了可控硅的开启电压(图3A点)，而不影响其保护能力。既保证不增加新的工艺条件，又使得用于ESD放电的寄生NPN管与PNP管更容易开启，可以充分发挥其ESD能力。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1为现有的SCR防静电保护结构的示意图；
图2为现有的SCR防静电保护结构的等效电路图；
图3为产生阶跃恢复现象的电流—电压曲线图；
图4为本发明SCR防静电保护结构的示意图；
图5为本发明SCR防静电保护结构的等效电路图。
图中附图标记为，1.场氧化层隔离区；2.P型注入区；3.N型注入区；4.N阱注入区；5.P阱注入区；6.P型衬底；7.若干二极管单元；8.P型注入区；9.N型注入区；10.场氧化层隔离区；11.多晶硅。
具体实施方式
本发明SCR防静电保护结构可参见图4所示。和现有技术一样，它包括P型衬底6，在P型衬底6上包括有N阱注入区4和P阱注入区5；在N阱注入区4内包括有一个P型注入区8和一个N型注入区9以及隔开二者的一个场氧化层隔离区10；在P阱注入区5也包括有一个P型注入区2和一个N型注入区3，不过在二者之间有若干二极管单元7，每个二极管单元由位于独立的N阱注入区的P型注入区和N型注入区以及位于二者之间的场氧化层隔离区组成。另外，二极管单元的个数可以根据需要的维持电压设定。
和现有技术相比，本发明在N型注入区3和P型注入区8之间的场氧化层隔离区1置有一个多晶硅11。
多晶硅11连接有一个触发电路。所述触发电路包括一个电阻R和一个电容C，电阻R的一端与多晶硅11相连接，电容C的一端也与所述多晶硅10相连接，电阻R的另一端连接接地端，电容C的另一端连接到ESD电荷进入端。
本发明SCR防静电保护结构的等效电路如图5所示，包括有一个PNP管和一个NPN管，PNP管的发射极通过一个电阻接到该PNP管的基极，所述PNP管的集电极连接到所述NPN管的基极，所述PNP管的基极还连接到所述NPN管的集电极，所述NPN管的发射极通过另一个电阻连接到该NPN管的基极，所述NPN管的发射极接地，所述PNP管的发射极作为ESD电荷注入端。电容C的一端连接到ESD电荷进入端，另一端连接与电阻R的一端相连接，电阻R的另一端接地，电容C与电阻R相连接的一端产生触发信号，控制NPN管。
这种可控硅整流器上加多晶硅触发结构，当ESD发生时，会有一正电压加到多晶硅11上，在多晶硅11和场氧化层隔离区1下面，在N型注入区3与N阱注入区4之间的P型衬底6区域，会有感应电子产生，这些感应生成的离子扩展了N阱注入区4的耗尽层区域，减小与N型注入区3的距离，这时由于ESD电荷聚集在N阱注入区4内，提高了N阱注入区4的电压，导致N阱注入区4的耗尽区进一步向横向扩展，与N型注入区3相接触时就发生了穿通效应(punch through)，电流急剧上升，导致寄生的NPN管与PNP管导通进入电流放大区，泻放了ESD电荷。而在非ESD发生状态下，多晶硅11是通过大电阻R接地，N阱注入区4与N型注入区3不会发生穿通效应。此结构可降低图3中A点触发电位，使其进行ESD泻流时的电压不会因为太高造成内部电路损坏。

Claims (3)

1.一种SCR防静电保护结构，包括P型衬底，在所述P型衬底上包括有N阱注入区和P阱注入区；在所述N阱注入区内包括有一个P型注入区和一个N型注入区，所述N阱注入区内的P型注入区和N型注入区之间被一个场氧化层隔离区隔开；在所述P阱注入区包括有一个第一P型注入区和一个第一N型注入区，所述P阱注入区的第一P型注入区和第一N型注入区之间有若干二极管单元，所述二极管单元由第二P型注入区和第二N型注入区以及位于二者之间的场氧化层隔离区组成，所述N阱注入区内的P型注入区与所述P阱注入区的第一N型注入区之间被一个场氧化层隔离区隔开，其特征在于，在所述N阱注入区内的P型注入区与所述P阱注入区的第一N型注入区之间的场氧化层隔离区的上面设置有多晶硅，所述多晶硅连接有一个触发电路。
2.根据权利要求1所述的SCR防静电保护结构，其特征在于，所述二极管单元的个数可以根据需要的维持电压设定。
3.根据权利要求1所述的SCR防静电保护结构，其特征在于，所述触发电路包括一个电阻和一个电容，所述电阻的一端与所述多晶硅相连接，所述电容的一端也与所述多晶硅相连接，所述电阻的另一端接地，所述电容的另一端连接到ESD电荷注入端。
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