CN101281909B - Nmos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NMOS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N阱、第一T阱和第二T阱，第一T阱和第二T阱四周侧面被N阱包围，第一T阱和第二T阱上一P+扩散有源区和一N+扩散有源区，第一T阱和第二T阱之间的N阱上设有一N+扩散有源区，N+扩散有源区之间的T阱表面覆有多晶硅层，多晶硅层与第一T阱和第二T阱通过SiO2氧化层隔离，各扩散有源区之间均通过浅沟槽隔离。本发明双向可控硅静电防护器件的N+扩散有源区之间的T阱表面覆有多晶硅层、T阱上的P+扩散有源区和N+扩散有源区相当于一个嵌入的NMOS管，可大大降低该器件的触发电压。

Description

NMOS管嵌入式双向可控硅静电防护器件
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种NMOS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NMOS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NMOS管嵌入式双向可控硅静电防护器件。
一种NMOS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N阱、第一T阱和第二T阱，第一T阱和第二T阱四周侧面被N阱包围，由外向内，第一T阱上依次设有第一P+扩散有源区、第一N+扩散有源区、第二T阱上依次设有第二P+扩散有源区、第二N+扩散有源区，第一T阱和第二T阱之间的N阱上设有第三N+扩散有源区，第三N+扩散有源区的两端分别跨设于第一T阱和第二T阱上，第一N+扩散有源区与第三N+扩散有源区之间的第一T阱表面以及第二N+扩散有源区与第三N+扩散有源区之间的第二T阱表面覆有多晶硅层，多晶硅层与第一T阱和第二T阱通过SiO2氧化层隔离，除第三N+扩散有源区与第一N+扩散有源区和第二N+扩散有源区外，各扩散有源区均通过浅沟槽(STI)隔离。
第一T阱和第二T阱之间的N阱上设有浅沟槽，浅沟槽将第三N+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T阱上的第一P+扩散有源区、第一N+扩散有源区和多晶硅层通过导线连接电学阳极，第二T阱上的第二P+扩散有源区、第二N+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N+扩散有源区之间的T阱表面覆有多晶硅层、T阱上的P+扩散有源区和N+扩散有源区相当于一个嵌入的NMOS管。
因此，本发明双向可控硅静电防护器相当于一个由NMOS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地的NMOS管决定，第二次触发电压由SCR决定。由于NMOS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NMOS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N阱6、第一T阱1和第二T阱2四周侧面被N阱6包围。
由外向内，第一T阱1上依次设有第一P+扩散有源区11、第一N+扩散有源区12、第二T阱2上依次设有第二P+扩散有源区21、第二N+扩散有源区22；第一T阱1和第二T阱2之间的N阱6上设有第三扩散有源区7，第三扩散有源区7的两端分别跨设于第一T阱1和第二T阱2上，即第一T阱1和第二T阱与N阱6的内侧边界位于第三扩散有源区7下方。
如图4和图5所示，第一T阱1和第二T阱2之间的N阱6上也可设有浅沟槽4，浅沟槽4将第三扩散有源区7隔断，一分为二。
第一N+扩散有源区12与第三N+扩散有源区7之间的第一T阱1表面覆有多晶硅层5a，多晶硅层5a与第一T阱1通过SiO2氧化层隔离，第二N+扩散有源区22与第三N+扩散有源区7之间的第二T阱2表面覆有多晶硅层5b，多晶硅层5b与第二T阱2通过SiO2氧化层隔离。
除第三N+扩散有源区7与第一N+扩散有源区12和第二N+扩散有源区22外，各扩散有源区均通过浅沟槽4隔离。即多晶硅层5a下方的第一T阱1以及多晶硅层5b下方的第二T阱2上未设浅沟槽4。
上述双向可控硅静电防护器件上的阱区和扩散有源区均是通过在P型衬底3上进行离子注入得到。
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T阱1上的第一P+扩散有源区11、第一N+扩散有源区12和多晶硅层5a通过导线连接电学阳极，第二T阱2上的第二P+扩散有源区21、第二N+扩散有源区22和多晶硅层56b通过导线连接电学阴极。

Claims (2)

1.一种NMOS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N阱(6)、第一T阱(1)和第二T阱(2)，第一T阱(1)和第二T阱(2)四周侧面被N阱(6)包围，由外向内，第一T阱(1)上依次设有第一P+扩散有源区(11)、第一N+扩散有源区(12)、第二T阱(2)上依次设有第二P+扩散有源区(21)、第二N+扩散有源区(22)，第一T阱(1)和第二T阱(2)之间的N阱(6)上设有第三N+扩散有源区(7)，第三N+扩散有源区(7)的两端分别跨设于第一T阱(1)和第二T阱(2)上，第一N+扩散有源区(12)与第三N+扩散有源区(7)之间的第一T阱(1)表面以及第二N+扩散有源区(22)与第三N+扩散有源区(7)之间的第二T阱(2)表面覆有多晶硅层(5a、5b)，多晶硅层(5a、5b)与第一T阱(1)和第二T阱(2)通过SiO2氧化层隔离，除第三N+扩散有源区(7)与第一N+扩散有源区(12)之间、第三N+扩散有源区(7)与第二N+扩散有源区(22)之间外，各扩散有源区之间通过浅沟槽(4)隔离。
2.根据权利要求1所述的NMOS管嵌入式双向可控硅静电防护器件，其特征在于：所述的第一T阱(1)和第二T阱(2)之间的N阱(6)上设有浅沟槽(4)，浅沟槽(4)将第三N+扩散有源区(7)隔断。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102544067A (zh) * 2012-03-09 2012-07-04 浙江大学 一种基于nmos管辅助触发的双向可控硅器件
CN105403822A (zh) * 2014-09-04 2016-03-16 格罗方德半导体公司 对称侧向双载子接面晶体管及特征化和保护晶体管的用途

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101814498B (zh) * 2010-03-10 2011-09-07 浙江大学 一种内嵌nmos辅助触发可控硅结构
CN102034858A (zh) * 2010-10-28 2011-04-27 浙江大学 一种用于射频集成电路静电放电防护的双向可控硅
CN102569360A (zh) * 2012-03-09 2012-07-11 浙江大学 一种基于二极管辅助触发的双向可控硅器件
CN102569295B (zh) * 2012-03-09 2014-07-09 浙江大学 一种基于电容辅助触发的双向可控硅器件
CN102969312B (zh) * 2012-12-18 2015-02-04 江南大学 一种双向衬底触发的高压esd保护器件
CN103390618B (zh) * 2013-07-12 2016-01-13 江苏艾伦摩尔微电子科技有限公司 内嵌栅接地nmos触发的可控硅瞬态电压抑制器
CN103985710B (zh) * 2014-05-13 2016-07-06 西安电子科技大学 一种双向scr结构的esd防护器件
CN105810679A (zh) * 2014-12-31 2016-07-27 湘潭大学 一种npnpn型双向可控硅静电防护器件及其版图
CN110047921A (zh) * 2018-01-15 2019-07-23 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 双向可控硅结构
CN108899313B (zh) * 2018-05-22 2020-09-08 湖南大学 静电保护器件
CN108807376B (zh) * 2018-07-03 2021-05-14 江南大学 一种低压mos辅助触发scr的双向瞬态电压抑制器
CN110459594B (zh) * 2019-08-29 2024-04-12 成都矽能科技有限公司 一种可用于静电泄放防护的内嵌隔离环可控硅

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1154578A (zh) * 1995-12-30 1997-07-16 三星电子株式会社 半导体器件的静电泄放结构
CN1988150A (zh) * 2005-12-23 2007-06-27 上海华虹Nec电子有限公司 提高触发效率的静电放电保护元件结构
CN101017822A (zh) * 2006-02-08 2007-08-15 精工电子有限公司 半导体器件

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1154578A (zh) * 1995-12-30 1997-07-16 三星电子株式会社 半导体器件的静电泄放结构
CN1988150A (zh) * 2005-12-23 2007-06-27 上海华虹Nec电子有限公司 提高触发效率的静电放电保护元件结构
CN101017822A (zh) * 2006-02-08 2007-08-15 精工电子有限公司 半导体器件

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102544067A (zh) * 2012-03-09 2012-07-04 浙江大学 一种基于nmos管辅助触发的双向可控硅器件
CN102544067B (zh) * 2012-03-09 2014-01-29 浙江大学 一种基于nmos管辅助触发的双向可控硅器件
CN105403822A (zh) * 2014-09-04 2016-03-16 格罗方德半导体公司 对称侧向双载子接面晶体管及特征化和保护晶体管的用途
CN105403822B (zh) * 2014-09-04 2018-09-21 格罗方德半导体公司 对称侧向双载子接面晶体管及特征化和保护晶体管的用途

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