CN100583429C - Pmos管嵌入式双向可控硅静电防护器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PMOS管嵌入式双向可控硅静电防护器件，包括P型衬底，P型衬底上设有第一N阱、第二N阱以及第一N阱和第二N阱之间的P阱，N阱上设有N+扩散有源区和P+扩散有源区，P阱上设有P+扩散有源区，该P+扩散有源区两端跨设于第一N阱和第二N阱上，P+扩散有源区之间的N阱表面覆有多晶硅层，多晶硅层与N阱之间通过SiO2氧化层隔离，各扩散有源区通过浅槽沟隔离。本发明双向可控硅静电防护器件应用于集成电路时，其上P+扩散有源区之间的N阱表面的多晶硅层、N阱上的P+扩散有源区和N+扩散有源区相当于一个嵌入的PMOS管，可大大降低该器件的触发电压。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种PMOS管嵌入式双向可控硅静电防护器件。
背景技术
静电放电(ESD，Electron Static Discharge)是当一个集成电路的管脚浮接时，大量静电荷从外向内灌入集成电路的瞬时过程，整个过程大约耗时100ns。此外，在集成电路的静电放电时会产生数百甚至数千伏特的高压，将集成电路中输入级的栅氧化层击穿。随着集成电路工艺的进步，MOS管的特征尺寸越来越小，栅氧化层的厚度也越来越薄，在这种趋势下，使用高性能的ESD防护器件来泄放静电电荷以保护栅极氧化层是十分重要的。
ESD现象的模型主要有四种：人体放电模型(HBM)、机械放电模型(MM)、器件充电模型(CDM)以及电场感应模型(FIM)。对一般集成电路产品来说，一般要经过人体放电模型，机械放电模型以及器件充电模型的测试。为了能够承受如此高的静电放电电压，集成电路产品通常必须使用具有高性能、高耐受力的静电放电保护器件。
目前已有多种静电防护器件被提出，比如二极管，栅极接地的PMOS管，其中公认效果比较好的防护器件是可控硅(SCR，Silicon ControlledRectifier)。
在现实中，静电电流从集成电路的哪个管脚打进是随机的，所以对集成电路进行ESD测试时，每两个管脚都要经过正负静电放电打击测试。但是，上述传统的ESD防护器件都只能在一个方向上提供泄放通路，而在另一个方向则依靠其寄生二极管来泄放ESD电流。
如图1所示，现有的一种基于NPNPN结构的双向可控硅ESD防护器件，P型衬底上为N阱区，在N阱区中进行P基区注入，P基区上设有P+扩散有源区和N+扩散有源区，所有扩散有源区之间是用场氧(FOX)进行隔离(A.Z.Wang and C.H.Tsay，″A low-triggering circuitry fordual-direction ESD protection，″Proceedings of the IEEE in Custom IntegratedCircuits，1999.pp.139-142.)。防护器件两端的P基区上的N+扩散有源区和P+扩散有源区分别接电学阳极(Anode)和电学阴极(Cathode)。
该双向可控硅ESD防护器件虽然能在两个方向上提供泄放通路，但触发电压一般较高，这大大限制了其应用范围。
发明内容
本发明提供了一种触发电压低的PMOS管嵌入式双向可控硅静电防护器件。
一种PMOS管嵌入式双向可控硅静电防护器件，包括P型衬底，P型衬底上设有第一N阱、第二N阱以及第一N阱和第二N阱之间的P阱，由外向内，第一N阱上依次设有第一N+扩散有源区、第一P+扩散有源区，第二N阱上依次设有第二N+扩散有源区、第二P+扩散有源区，P阱上设有第三P+扩散有源区，第三P+扩散有源区两端分别跨设于第一N阱和第二N阱上，第一P+扩散有源区与第三P+扩散有源区之间的第一N阱表面以及第二P+扩散有源区与第三P+扩散有源区之间的第二N阱表面覆有多晶硅层，多晶硅层与第一N阱和第二N阱之间通过SiO2氧化层隔离，除第三P+扩散有源区与第一P+扩散有源区和第二P+扩散有源区外，各扩散有源区通过浅槽沟(STI)隔离。
P阱上设有浅槽沟，浅槽沟将第三P+扩散有源区隔断。
上述双向可控硅静电防护器件应用于集成电路中时，其具体线路连接方式如下：
第一N阱上的第一N+扩散有源区、第一P+扩散有源区和多晶硅层通过导线连接电学阳极，第二N阱上的第二N+扩散有源区、第二P+扩散有源区和多晶硅层通过导线连接电学阴极。
本发明双向可控硅静电防护器件应用于集成电路时，其上P+扩散有源区之间的N阱表面的多晶硅层、N阱上的P+扩散有源区和N+扩散有源区相当于一个嵌入的PMOS管，可大大降低该器件的触发电压。
本发明双向可控硅静电防护器相当于一个由PMOS辅助触发的SCR，具有二次触发的特性，且由于比普通的SCR多了一条电流泄放通道，因而可以泄放更大的热击穿电流。第一次触发电压由栅极接高电位的PMOS管决定，第二次触发电压由SCR决定。由于PMOS管的触发电压低，导通电阻较大，在第一次触发后很快就可以达到第二次触发的电压，因此起主体作用的SCR很快就能导通，从而保证了ESD电流的迅速泄放。
通过调整扩散有源区的宽度和多晶硅的尺寸(二者同时变化)，可以调整第一次触发电压。
附图说明
图1为现有双向可控硅静电防护器件的剖面图；
图2为图1所示器件带外加辅助触发电路的等效电路原理图；
图3为本发明双向可控硅静电防护器件的剖面图；
图4为本发明另一种双向可控硅静电防护器件的剖面图；
图5为本发明另一种双向可控硅静电防护器件的俯视图。
具体实施方式
如图3所示，一种PMOS管嵌入式双向可控硅静电防护器件，包括P型衬底3，P型衬底3上设有第一N阱1、第二N阱2以及第一N阱1和第二N阱2之间的P阱6。
由外向内，第一N阱1上依次设有第一N+扩散有源区11、第一P+扩散有源区12，第二N阱2上依次设有第二N+扩散有源区21、第二P+扩散有源区22，P阱6上设有第三P+扩散有源区7，第三P+扩散有源区7跨设于第一N阱1和第二N阱2上，即第一N阱1和第二N阱2与P阱6的边界线位于第三P+扩散有源区7下方。
如图4和图5所示，P阱6上还可以设有浅槽沟4，将第三P+扩散有源区7隔断，一分为二。
第一P+扩散有源区12与第三P+扩散有源区7之间的第一N阱1表面覆有多晶硅层5a，多晶硅层5a与第一N阱通过SiO2氧化层隔离，第二P+扩散有源区22与第三P+扩散有源区7之间的第二N阱2表面覆有多晶硅层5b，多晶硅层5b与第二N阱2之间通过SiO2氧化层隔离。
除第三P+扩散有源区7与第一P+扩散有源区12和第二P+扩散有源区22外，各扩散有源区均通过浅槽沟4隔离，即多晶硅层5a下方的第一N阱1以及多晶硅层5b下方的第二N阱2上未设浅沟槽4。
上述双向可控硅静电防护器件应用于集成电路中时，其具体线路连接方式如下：
第一N阱1上的第一N+扩散有源区11、第一P+扩散有源区12和多晶硅层5a通过导线连接电学阳极，第二N阱2上的第二N+扩散有源区21、第二P+扩散有源区22和多晶硅层5b通过导线连接电学阴极。
Claims (2)
1.一种PMOS管嵌入式双向可控硅静电防护器件，包括P型衬底(3)，其特征在于：P型衬底(3)上设有第一N阱(1)、第二N阱(2)以及第一N阱(1)和第二N阱(2)之间的P阱(6)，由外向内，第一N阱(1)上依次设有第一N+扩散有源区(11)、第一P+扩散有源区(12)，第二N阱(2)上依次设有第二N+扩散有源区(21)、第二P+扩散有源区(22)，P阱(6)上设有第三P+扩散有源区(7)，第三P+扩散有源区(7)两端分别跨设于第一N阱(1)和第二N阱(2)上，第一P+扩散有源区(12)与第三P+扩散有源区(7)之间的第一N阱(1)表面以及第二P+扩散有源区(22)与第三P+扩散有源区(7)之间的第二N阱(2)表面覆有多晶硅层(5a，5b)，多晶硅层(5a，5b)与第一N阱(1)和第二N阱(2)之间通过SiO2氧化层隔离，除第三P+扩散有源区(7)与第一P+扩散有源区(12)和第三P+扩散有源区(7)与第二P+扩散有源区(22)外，各扩散有源区均通过浅槽沟(4)隔离。
2.根据权利要求1所述的PMOS管嵌入式双向可控硅静电防护器件，其特征在于：所述的P阱(6)上设有浅槽沟(4)，浅槽沟(4)将第三P+扩散有源区(7)隔断。
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