CN105428354A - 一种具有内嵌叉指nmos双向scr结构的esd保护器件 - Google Patents
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Abstract
一种具有内嵌叉指NMOS双向SCR结构的ESD保护器件,可用于片上IC的ESD保护电路。主要由P衬底、P外延、第一N阱、P阱、第二N阱、第一N+注入区、第一P+注入区、第二N+注入区、第三N+注入区、第二P+注入区、第四N+注入区、第五N+注入区、第三P+注入区、第六N+注入区、若干多晶硅栅、若干薄栅氧化层、若干浅隔离槽构成。该器件一方面在正、反向的ESD脉冲作用下,器件内部均存在一条结构对称,电学特性完全相同的ESD电流泄放路径,可提高器件的ESD电流泄放能力,实现ESD脉冲的双向防护,另一方面由NMOS?M1和M2管构成的叉指NMOS结构与寄生P阱电阻形成阻容耦合电流路径,以增强器件的ESD鲁棒性,降低SCR电流导通路径中的电流密度,增大SCR的导通电阻,提高维持电压。
Description
技术领域
本发明属于集成电路的静电放电保护领域,涉及一种高压ESD保护器件,具体涉及一种具有内嵌叉指NMOS双向SCR结构ESD的保护器件,可用于提高片上IC高压ESD保护的可靠性。
背景技术
静电放电(ESD)现象普遍存在于自然界中,人们对静电放电的印象是闪电或冬天脱毛衣时迸出的火花。在半导体工业中,随着半导体尺寸的减小和芯片功能的多样化,静电放电对集成电路(IC)的潜在威胁显得越来越明显,ESD保护设计已成为IC系统可靠性设计中的重要环节之一,良好的ESD防护设计可以增强IC的电路性能,延长使用寿命。随着半导体集成功率技术的快速发展,功率IC已经广泛的应用在人们的生活和生产中,功率IC的大电压、大电流与大功率特性,大幅提高了功率IC的静电放电保护设计难度。
近年来,可控硅(SCR)器件具有单位面积二次失效电流大,ESD鲁棒性强的优点,在ESD保护设计中受到广泛的关注。然而,SCR的触发电压高、维持电压低导致的开启速度慢、电压钳制能力低和易闩锁的特性,大幅限制了SCR器件在ESD防护中的应用。本发明提供了一种具有内嵌叉指NMOS双向SCR结构的ESD保护器件技术方案,通过内嵌叉指NMOS结构和寄生P阱电阻形成的阻容耦合效应,一方面可降低器件的触发电压,提高器件的响应速度,另一方面可以减小SCR电流导通路径中的电流密度,增大SCR的导通电阻,提高维持电压。
发明内容
针对现有的ESD防护器件中普遍存在的触发电压高、维持电压低、抗闩锁能力不足的问题,本发明实例设计了一种具有内嵌叉指NMOS双向SCR结构的ESD保护器件,既充分利用了SCR器件强电流泄放能力的特点,使器件在ESD脉冲作用下,形成PNPN结构的ESD电流泄放路径,又通过内嵌叉指NMOS和寄生P阱电阻的阻容耦合电流路径,提高器件的响应速度,降低双向SCR电流导通路径中的电流密度,增大SCR的导通电阻,提高维持电压。
本发明通过以下技术方案实现:
一种具有内嵌叉指NMOS双向SCR结构的ESD保护器件,其包括双向SCR结构的ESD电流泄放路径和内嵌叉指NMOS与寄生电阻形成的阻容耦合电流路径,以提高器件的ESD鲁棒性和电流导通均匀性,增强器件的维持电压,其特征在于:主要由P衬底、P外延、第一N阱、P阱、第二N阱、第一浅隔离槽、第一N+注入区、第二浅隔离槽、第一P+注入区、第三浅隔离槽、第二N+注入区、第三N+注入区、第二P+注入区、第四N+注入区、第五N+注入区、第四浅隔离槽、第三P+注入区、第五浅隔离槽、第六N+注入区、第六浅隔离槽、第一多晶硅栅、第一薄栅氧化层、第二多晶硅栅、第二薄栅氧化层构成;
所述P外延在所述P衬底的表面区域;
在所述的P外延表面部分区域从左到右依次设有所述第一N阱、所述P阱和所述第二N阱,所述第一N阱的左侧与所述P外延的左侧边缘相连,所述第一N阱的右侧与所述P阱的左侧相连,所述P阱的右侧与所述第二N阱的左侧相连,所述第二N阱的右侧与所述P外延的右侧边缘相连;
在所述第一N阱的表面部分区域从左到右依次设有所述第一浅隔离槽、所述第一N+注入区、所述第二浅隔离槽、所述第一P+注入区和所述第三浅隔离槽,所述第一N阱的左侧边缘与所述第一浅隔离槽左侧相连,所述第一浅隔离槽的右侧与所述第一N+注入区的左侧相连,所述第一N+注入区的右侧与所述第二浅隔离槽的左侧相连,所述第二浅隔离槽的右侧与所述第一P+注入区的左侧相连,所述第一P+注入区的右侧与所述第三浅隔离槽的左侧相连,所述第三浅隔离槽的右侧与所述第二N+注入区的左侧相连;
所述第二N+注入区横跨在所述第一N阱和所述P阱的表面部分区域;
在所述P阱的表面部分区域从左到右依次设有所述第一多晶硅栅、所述第一薄栅氧化层、所述第三N+注入区、所述第二P+注入区、所述第四N+注入区、所述第二多晶硅栅、所述第二薄栅氧化层,所述第一多晶硅栅在所述第一薄栅氧化层的上方,所述第二多晶硅栅在所述第二薄栅氧化层的上方,所述第一薄栅氧化层的左侧与所述第二N+注入区的右侧相连,所述第一薄栅氧化层的右侧与所述第三N+注入区的左侧相连,沟道长度D1可根据被保护电路的工作电压调节,所述第三N+注入区的右侧与所述第二P+注入区的左侧相连,所述第二P+注入区的右侧与所述第四N+注入区的左侧相连,所述第四N+注入区的右侧与所述第二薄栅氧化层的左侧相连,所述第二薄栅氧化层的右侧与所述第五N+注入区的左侧相连,沟道长度D2可根据被保护电路的工作电压调节;
所述第五N+注入区横跨在所述P阱与所述第二N阱的表面部分区域;
在所述第二N阱的表面部分区域从左到右依次设有所述第四浅隔离槽、所述第三P+注入区、所述第五浅隔离槽、所述第六N+注入区和所述第六浅隔离槽,所述第四浅隔离槽的左侧与所述第五N+注入区的右侧相连,所述第四浅隔离槽的右侧与所述第三P+注入区的左侧相连,所述第三P+注入区的右侧与所述第五浅隔离槽的左侧相连,所述第五浅隔离槽的右侧与所述第六N+注入区的左侧相连,所述第六N+注入区的右侧与所述第六浅隔离槽的左侧相连,所述第六浅隔离槽的右侧与所述第二N阱的右侧边缘相连;
第一金属1与所述第一N+注入区相连,第二金属1与所述第一P+注入区相连,第三金属1与所述第一多晶硅栅相连,第四金属1与所述第三N+注入区相连,第五金属1与所述第二P+注入区相连,第六金属1与所述第四N+注入区相连,第七金属1与所述第二多晶硅栅相连,第八金属1与所述第三P+注入区相连,第九金属1与所述第六N+注入区相连;
所述第三金属1与第一金属2相连,所述第五金属1与所述第一金属2相连,所述第七金属1与所述第一金属2相连,所述第四金属1与第十金属1相连,所述第六金属1与所述第十金属1相连;
所述第一金属1与第二金属2相连,所述第二金属1与所述第二金属2相连,用作器件的电极端A;
所述第八金属1与第三金属2相连,所述第九金属1与所述第三金属2相连,用作器件的电极端D。
本发明的有益技术效果为:
(1)本发明实例器件在ESD脉冲作用下,当所述电极端A接ESD脉冲高电位,所述电极端D接ESD脉冲低电位时,由所述第一P+注入区、所述第一N阱、所述P阱、所述第五N+注入区、所述第二N阱和所述第六N+注入区构成一条PNPN结构的正向ESD电流导通路径,当所述电极端A接ESD脉冲低电位,所述电极端D接ESD脉冲高电位时,由所述第三P+注入区、所述第二N阱、所述P阱、所述第二N+注入区、所述第一N阱和所述第一N+注入区构成一条PNPN结构的反向ESD电流导通路径,以增强器件的ESD鲁棒性,实现ESD脉冲的双向防护。
(3)本发明实例器件通过由所述第二N+注入区、所述第五N+注入区、所述P阱、所述第一多晶硅栅、所述第一薄栅氧化层、所述第三N+注入区、所述第二多晶硅栅、所述第二薄栅氧化层、所述第四N+注入区和所述第二P+注入区构成叉指NMOS和寄生P阱电阻的阻容耦合电流路径,以增强器件的ESD鲁棒性,降低双向SCR的电流导通路径在所述P阱中的电流密度,增大SCR的导通电阻,提高维持电压。
附图说明
图1是本发明实施例的器件结构剖面图;
图2是本发明实例器件用于ESD保护的金属连接图;
图3是本发明实例器件在ESD脉冲作用下的内部等效电路图。
图4是本发明实例器件在ESD脉冲作用下的电流路径及工作机制示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
本发明实例设计了一种具有内嵌叉指NMOS双向SCR结构的ESD保护器件,既充分利用了SCR器件强电流处理能力特点,使器件在ESD脉冲作用下,形成PNPN结构的ESD电流泄放路径,又通过内嵌叉指NMOS和寄生P阱电阻的阻容耦合电流路径,降低双向SCR电流导通路径中的电流密度,增大SCR的导通电阻,提高维持电压。
如图1所示的本发明实例器件结构的剖面图,具体为一种具有内嵌叉指NMOS双向SCR结构的ESD保护器件,其包括双向SCR结构的ESD电流泄放路径和内嵌叉指NMOS和寄生电阻的阻容耦合电流路径,以提高器件的ESD鲁棒性和电流导通均匀性,增强器件的维持电压,其特征在于:主要由P衬底101、P外延102、第一N阱103、P阱104、第二N阱105、、第一浅隔离槽106、第一N+注入区107、第二浅隔离槽108、第一P+注入区109、第三浅隔离槽110、第二N+注入区111、第三N+注入区112、第二P+注入区113、第四N+注入区114、第五N+注入区115、第四浅隔离槽116、第三P+注入区117、第五浅隔离槽118、第六N+注入区119、第六浅隔离槽120、第一多晶硅栅122、第一薄栅氧化层121、第二多晶硅栅124、第二薄栅氧化层123构成;
所述P外延102在所述P衬底101的表面区域;
在所述的P外延102表面部分区域从左到右依次设有所述第一N阱103、所述P阱104和所述第二N阱105,所述第一N阱103的左侧与所P外延102的左侧边缘相连,所述第一N阱103的右侧与所述P阱104的左侧相连,所述P阱104的右侧与所述第二N阱105的左侧相连,所述第二N阱105的右侧与所述P外延102的右侧边缘相连;
在所述第一N阱103的表面部分区域从左到右依次设有所述第一浅隔离槽106、所述第一N+注入区107、所述第二浅隔离槽108、所述第一P+注入区109和所述第三浅隔离槽110,所述第一N阱103的左侧边缘与所述第一浅隔离槽106左侧相连,所述第一浅隔离槽106的右侧与所述第一N+注入区107的左侧相连,所述第一N+注入区107的右侧与所述第二浅隔离槽108的左侧相连,所述第二浅隔离槽108的右侧与所述第一P+注入区109的左侧相连,所述第一P+注入区109的右侧与所述第三浅隔离槽110的左侧相连,所述第三浅隔离槽110的右侧与所述第二N+注入区111的左侧相连;
所述第二N+注入区111横跨在所述第一N阱103和所述P阱104的表面部分区域;
在所述P阱104的表面部分区域从左到右依次设有所述第一多晶硅栅122、所述第一薄栅氧化层121、所述第三N+注入区112、所述第二P+注入区113、所述第四N+注入区114、所述第二多晶硅栅124、所述第二薄栅氧化层123,所述第一多晶硅栅122在所述第一薄栅氧化层121的上方,所述第二多晶硅栅124在所述第二薄栅氧化层123的上方,所述第一薄栅氧化层121的左侧与所述第二N+注入区111的右侧相连,所述第一薄栅氧化层121的右侧与所述第三N+注入区112的左侧相连,沟道长度D1可根据被保护电路的工作电压调节,所述第三N+注入区112的右侧与所述第二P+注入区113的左侧相连,所述第二P+注入区113的右侧与所述第四N+注入区114的左侧相连,所述第四N+注入区114的右侧与所述第二薄栅氧化层123的左侧相连,所述第二薄栅氧化层123的右侧与所述第五N+注入区115的左侧相连,沟道长度D2可根据被保护电路的工作电压调节;
所述第五N+注入区115横跨在所述第二N阱105与所述P阱104的表面部分区域;
在所述第二N阱105的表面部分区域从左到右依次设有所述第四浅隔离槽116、所述第三P+注入区117、所述第五浅隔离槽118、所述第六N+注入区119和所述第六浅隔离槽120,所述第四浅隔离槽116的左侧与所述第五N+注入区115的右侧相连,所述第四浅隔离槽116的右侧与所述第三P+注入区117的左侧相连,所述第三P+注入区117的右侧与所述第五浅隔离槽118的左侧相连,所述第五浅隔离槽118的右侧与所述第六N+注入区119的左侧相连,所述第六N+注入区119的右侧与所述第六浅隔离槽120的左侧相连,所述第六浅隔离槽120的右侧与所述第二N阱105的右侧边缘相连;
如图2所示,第一金属1125与所述第一N+注入区107相连,第二金属1126与所述第一P+注入区109相连,第三金属1127与所述第一多晶硅栅122相连,第四金属1128与所述第三N+注入区112相连,第五金属1129与所述第二P+注入区113相连,第六金属1130与所述第四N+注入区114相连,第七金属1131与所述第二多晶硅栅124相连,第八金属1132与所述第三P+注入区117相连,第九金属1133与所述第六N+注入区119相连;
所述第三金属1127与第一金属2134相连,所述第五金属1129与所述第一金属2134相连,所述第七金属1131与所述第一金属2134相连,所述第四金属1128与第十金属1136相连,所述第六金属1130与所述第十金属1136相连;
所述第一金属1125与第二金属2135相连,所述第二金属1126与所述第二金属2135相连,用作器件的电极端A;
所述第八金属1132与第三金属2137相连,所述第九金属1与所述第三金属2137相连,用作器件的电极端D。
如图3所示,当ESD正向脉冲作用于本发明实例器件时,所述电极端A接ESD脉冲的高电位,所述电极端D接ESD脉冲的低电位,ESD脉冲在纳秒级时间内快速上升,由所述第二N+注入区111、所述第一多晶硅栅122、所述第一薄栅氧化层121和所述第三N+注入区112构成的NMOSM1管,由所述第四N+注入区114、所述第二多晶硅栅124、所述第二薄栅氧化层123和所述第五N+注入区115构成的NMOSM2管,所述第一N阱103寄生电阻Rn1和所述P阱104寄生电阻Rp形成阻容耦合效应,在所述第一多晶硅栅122与所述第二N+注入区111之间存在寄生电容Cgs2,在所述第一多晶硅栅122与所述第三N+注入区112之间存在寄生电容Cgd2,在所述第一多晶硅栅122与所述P阱104之间存在寄生电容Cox2,在所述第二多晶硅栅124与所述第四N+注入区114之间存在寄生电容Cgs1,在所述第二多晶硅栅124与所述第五N+注入区115之间存在寄生电容Cgd1,在所述第二多晶硅栅124与所述P阱104之间存在寄生电容Cox1,在所述第二N阱105与所述P阱104之间存在寄生电容CD,其中所述寄生电容Cgs1与所述寄生电容Cgd2并联连接,可等效一电容Ceq1,所述寄生电容Cox1和所述寄生电容Cox2并联连接,可等效一电容Ceq2,由所述电容Ceq1、所述电容Ceq2与所述电容Cgs2、所述寄生电容Cgd1、所述寄生电容CD构成的电路可等效为电容Ctotal,所述电容Ctotal和所述寄生电阻Rp、所述寄生电容Rn1形成阻容耦合电路,可降低器件的触发电压,提高导通速度,增强电流导通的均匀性。
如图4所示,当ESD脉冲作用于本发明实例器件时,所述电极端A接ESD脉冲的低电位,所述电极端D接ESD脉冲的高电位,随着ESD脉冲的不断增大,所述寄生电阻Rp上的压降不断升高,导致所述NMOSM1管、所述NMOSM2管上的栅压不断增大,所述P阱104中的少数载流子电子在垂直向下的电场作用下,不断地向所述第一薄栅氧化层121及所述第二薄栅氧化层123的下方区域聚集,形成导电沟道,同时又可降低SCR电流泄放路径中的电流密度,增大导通电阻,提高维持电压。
由所述第一阱103、所述第一浅隔离槽106、所述第一N+注入区107、所述第二浅隔离槽108、所述第一P+注入区109、所述第三浅隔离槽110、所述第二N+注入区111、所述第一多晶硅栅122、第一薄栅氧化层121、所述第三N+注入区112和所述第二N阱105、所述第六浅隔离槽120、所述第六N+注入区119、所述第五浅隔离槽118、所述第三P+注入区117、所述第四浅隔离槽116、第五N+注入区115、所述第二多晶硅栅124、所述第二薄栅氧化层123、所述第四N+注入区114形成以所述第二P+注入区113为中心轴的完全对称结构,可构成双向ESD防护,当ESD反向脉冲作用于本发明实例器件时,内部物理机制和ESD防护特性在ESD正、负双向脉冲作用下完全相同,以实现ESD脉冲的双向防护。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种具有内嵌叉指NMOS双向SCR结构的ESD保护器件,其包括双向SCR结构的ESD电流泄放路径和内嵌叉指NMOS和寄生电阻形成的阻容耦合电流路径,以提高器件的ESD鲁棒性和电流导通均匀性,增强器件的维持电压,其特征在于:主要由P衬底(101)、P外延(102)、第一N阱(103)、P阱(104)、第二N阱(105)、第一浅隔离槽(106)、第一N+注入区(107)、第二浅隔离槽(108)、第一P+注入区(109)、第三浅隔离槽(110)、第二N+注入区(111)、第三N+注入区(112)、第二P+注入区(113)、第四N+注入区(114)、第五N+注入区(115)、第四浅隔离槽(116)、第三P+注入区(117)、第五浅隔离槽(118)、第六N+注入区(119)、第六浅隔离槽(120)、第一多晶硅栅(122)、第一薄栅氧化层(121)、第二多晶硅栅(124)、第二薄栅氧化层(123)构成;
所述P外延(102)在所述P衬底(101)的表面区域;
在所述的P外延(102)表面区域从左到右依次设有所述第一N阱(103)、所述P阱(104)和所述第二N阱(105),所述第一N阱(103)的左侧与所述P外延(102)的左侧边缘相连,所述第一N阱(103)的右侧与所述P阱(104)的左侧相连,所述P阱(104)的右侧与所述第二N阱(105)的左侧相连,所述第二N阱(105)的右侧与所述P外延(102)的右侧边缘相连;
在所述第一N阱(103)的表面部分区域从左到右依次设有所述第一浅隔离槽(106)、所述第一N+注入区(107)、所述第二浅隔离槽(108)、所述第一P+注入区(109)和所述第三浅隔离槽(110),所述第一N阱(103)的左侧边缘与所述第一浅隔离槽(106)左侧相连,所述第一浅隔离槽(106)的右侧与所述第一N+注入区(107)的左侧相连,所述第一N+注入区(107)的右侧与所述第二浅隔离槽(108)的左侧相连,所述第二浅隔离槽(108)的右侧与所述第一P+注入区(109)的左侧相连,所述第一P+注入区(109)的右侧与所述第三浅隔离槽(110)的左侧相连,所述第三浅隔离槽(110)的右侧与所述第二N+注入区(111)的左侧相连;
所述第二N+注入区(111)横跨在所述第一N阱(103)和所述P阱(104)的表面部分区域;
在所述P阱(104)的表面部分区域从左到右依次设有所述第一多晶硅栅(122)、所述第一薄栅氧化层(121)、所述第三N+注入区(112)、所述第二P+注入区(113)、所述第四N+注入区(114)、所述第二多晶硅栅(124)、所述第二薄栅氧化层(123),所述第一多晶硅栅(122)在所述第一薄栅氧化层(121)的上方,所述第二多晶硅栅(124)在所述第二薄栅氧化层(123)的上方,所述第一薄栅氧化层(121)的左侧与所述第二N+注入区(111)的右侧相连,所述第一薄栅氧化层(121)的右侧与所述第三N+注入区(112)的左侧相连,沟道长度D1可根据被保护电路的工作电压调节,所述第三N+注入区(112)的右侧与所述第二P+注入区(113)的左侧相连,所述第二P+注入区(113)的右侧与所述第四N+注入区(114)的左侧相连,所述第四N+注入区(114)的右侧与所述第二薄栅氧化层(123)的左侧相连,所述第二薄栅氧化层(123)的右侧与所述第五N+注入区(115)的左侧相连,沟道长度D2可根据被保护电路的工作电压调节;
所述第五N+注入区(115)横跨在所述第二N阱(105)与所述P阱(104)的表面部分区域;
在所述第二N阱(105)的表面部分区域从左到右依次设有所述第四浅隔离槽(116)、所述第三P+注入区(117)、所述第五浅隔离槽(118)、所述第六N+注入区(119)和所述第六浅隔离槽(120),所述第四浅隔离槽(116)的左侧与所述第五N+注入区(115)的右侧相连,所述第四浅隔离槽(116)的右侧与所述第三P+注入区(117)的左侧相连,所述第三P+注入区(117)的右侧与所述第五浅隔离槽(118)的左侧相连,所述第五浅隔离槽(118)的右侧与所述第六N+注入区(119)的左侧相连,所述第六N+注入区(119)的右侧与所述第六浅隔离槽(120)的左侧相连,所述第六浅隔离槽(120)的右侧与所述第二N阱(105)的右侧边缘相连;
第一金属1(125)与所述第一N+注入区(107)相连,第二金属1(126)与所述第一P+注入区(109)相连,第三金属1(127)与所述第一多晶硅栅(122)相连,第四金属1(128)与所述第三N+注入区(112)相连,第五金属1(129)与所述第二P+注入区(113)相连,第六金属1(130)与所述第四N+注入区(114)相连,第七金属1(131)与所述第二多晶硅栅(124)相连,第八金属1(132)与所述第三P+注入区(117)相连,第九金属1(133)与所述第六N+注入区(119)相连;
所述第三金属1(127)与第一金属2(134)相连,所述第五金属1(129)与所述第一金属2(134)相连,所述第七金属1(131)与所述第一金属2(134)相连;所述第四金属1(128)与第十金属1(136)相连,所述第六金属1(130)与所述第十金属1(136)相连;
所述第一金属1(125)与第二金属2(135)相连,所述第二金属1(126)与所述第二金属2(135)相连,用作器件的电极端A;
所述第八金属1(132)与第三金属2(137)相连,所述第九金属1(133)与所述第三金属2(137)相连,用作器件的电极端D。
2.如权利要求1所述的一种具有内嵌叉指NMOS双向SCR结构的ESD保护器件,其特征在于:当所述电极端A接ESD脉冲高电位,所述电极端D接ESD脉冲低电位时,由所述第一P+注入区(109)、所述第一N阱(103)、所述P阱(104)、所述第五N+注入区(115)、所述第二N阱(105)和所述第六N+注入区(119)构成一条PNPN结构的正向ESD电流导通路径,当所述电极端A接ESD脉冲低电位,所述电极端D接ESD脉冲高电位时,由所述第三P+注入区(117)、所述第二N阱(105)、所述P阱(104)、所述第二N+注入区(111)、所述第一N阱(103)和所述第一N+注入区(107)构成一条PNPN结构的反向ESD电流导通路径,以增强器件的ESD鲁棒性,实现ESD脉冲的双向防护。
3.如权利要求1所述的一种具有内嵌叉指NMOS双向SCR结构的ESD保护器件,其特征在于:由所述第二N+注入区(111)、所述第五N+注入区(115)、所述P阱(104)、所述第一多晶硅栅(122)、所述第一薄栅氧化层(121)、所述第三N+注入区(112)、所述第二多晶硅栅(124)、所述第二薄栅氧化层(123)、所述第四N+注入区(114)和所述第二P+注入区(113)构成叉指NMOS和寄生P阱电阻的阻容耦合电流路径,以增强器件的ESD鲁棒性,降低双向SCR电流导通路径在所述P阱(104)中的电流密度,增大SCR的导通电阻,提高维持电压。
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Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107658295A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-02-02 | 江南大学 | 一种全对称双栅控二极管触发scr结构的双向esd保护抗闩锁器件 |
CN107946298A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-04-20 | 电子科技大学 | 防瞬态闩锁的esd保护电路 |
CN108520875A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-09-11 | 湖南静芯微电子技术有限公司 | 一种高维持电压npnpn型双向可控硅静电防护器件 |
CN108899315A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-27 | 湖南大学 | 多叉指静电保护器件 |
CN108899314A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-11-27 | 湖南大学 | 静电保护器件 |
CN109103185A (zh) * | 2018-08-24 | 2018-12-28 | 电子科技大学 | 一种抗latch-up的双向ESD防护器件 |
CN109103184A (zh) * | 2018-08-24 | 2018-12-28 | 电子科技大学 | 双向高维持电流esd防护器件 |
CN109119417A (zh) * | 2018-08-24 | 2019-01-01 | 电子科技大学 | 闩锁免疫的双向esd防护器件 |
CN109962098A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-07-02 | 中国科学院微电子研究所 | 双向可控硅静电放电保护结构及soi结构 |
CN112366202A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-02-12 | 长江存储科技有限责任公司 | 静电放电保护结构及其制作方法 |
CN112563261A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-03-26 | 江南大学 | 一种cmos辅助触发scr结构的高压保护集成电路 |
CN113838847A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-12-24 | 电子科技大学 | 一种用于低压esd防护的双向dcscr器件 |
WO2023284063A1 (zh) * | 2021-07-16 | 2023-01-19 | 长鑫存储技术有限公司 | 静电保护器件 |
WO2023284062A1 (zh) * | 2021-07-16 | 2023-01-19 | 长鑫存储技术有限公司 | 静电保护器件 |
CN116646353A (zh) * | 2023-07-26 | 2023-08-25 | 深圳中安辰鸿技术有限公司 | 一种二极管esd保护器件、集成电路及电子设备 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108461491B (zh) * | 2018-03-21 | 2023-09-29 | 湖南静芯微电子技术有限公司 | 一种高维持电压的低触发双向可控硅静电防护器件 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6448123B1 (en) * | 2001-02-20 | 2002-09-10 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Low capacitance ESD protection device |
KR20050104255A (ko) * | 2004-04-28 | 2005-11-02 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 정전 방전 보호 장치용 반도체 제어 정류기 |
CN102054838A (zh) * | 2009-11-05 | 2011-05-11 | 上海宏力半导体制造有限公司 | 双向晶闸管以及静电保护电路 |
CN102956632A (zh) * | 2011-08-31 | 2013-03-06 | 北京中电华大电子设计有限责任公司 | 一种低寄生电容的双向scr静电放电保护结构 |
CN205177841U (zh) * | 2015-12-17 | 2016-04-20 | 江南大学 | 一种具有内嵌叉指nmos双向scr结构的esd保护器件 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1167129C (zh) * | 2000-11-16 | 2004-09-15 | 世界先进积体电路股份有限公司 | 静电放电防护元件及相关的电路 |
CN101047180A (zh) * | 2007-04-19 | 2007-10-03 | 浙江大学 | 一种分散静电泄放电流的静电放电防护器件 |
CN101834181B (zh) * | 2010-03-23 | 2011-06-29 | 浙江大学 | 一种nmos管辅助触发的可控硅电路 |
CN102544001B (zh) * | 2012-03-15 | 2014-04-09 | 电子科技大学 | 一种为集成电路i/o端口提供全模式esd保护的scr结构 |
US9349830B2 (en) * | 2013-03-05 | 2016-05-24 | Macronix International Co., Ltd. | Semiconductor element and manufacturing method and operating method of the same |
CN103681660B (zh) * | 2013-12-13 | 2015-12-30 | 江南大学 | 一种双重抗闩锁的环形ldmos-scr结构的高压esd保护器件 |
-
2015
- 2015-12-17 CN CN201510955242.0A patent/CN105428354B/zh active Active
-
2016
- 2016-03-15 WO PCT/CN2016/076345 patent/WO2017101228A1/zh active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6448123B1 (en) * | 2001-02-20 | 2002-09-10 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Low capacitance ESD protection device |
KR20050104255A (ko) * | 2004-04-28 | 2005-11-02 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 정전 방전 보호 장치용 반도체 제어 정류기 |
CN102054838A (zh) * | 2009-11-05 | 2011-05-11 | 上海宏力半导体制造有限公司 | 双向晶闸管以及静电保护电路 |
CN102956632A (zh) * | 2011-08-31 | 2013-03-06 | 北京中电华大电子设计有限责任公司 | 一种低寄生电容的双向scr静电放电保护结构 |
CN205177841U (zh) * | 2015-12-17 | 2016-04-20 | 江南大学 | 一种具有内嵌叉指nmos双向scr结构的esd保护器件 |
Cited By (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107658295B (zh) * | 2017-11-10 | 2023-09-29 | 江南大学 | 一种全对称双栅控二极管触发scr结构的双向esd保护抗闩锁器件 |
CN107658295A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-02-02 | 江南大学 | 一种全对称双栅控二极管触发scr结构的双向esd保护抗闩锁器件 |
CN107946298B (zh) * | 2017-11-28 | 2020-05-26 | 电子科技大学 | 防瞬态闩锁的esd保护电路 |
CN107946298A (zh) * | 2017-11-28 | 2018-04-20 | 电子科技大学 | 防瞬态闩锁的esd保护电路 |
CN108899314A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-11-27 | 湖南大学 | 静电保护器件 |
CN108899314B (zh) * | 2018-05-23 | 2023-05-12 | 湖南大学 | 静电保护器件 |
CN108520875A (zh) * | 2018-06-07 | 2018-09-11 | 湖南静芯微电子技术有限公司 | 一种高维持电压npnpn型双向可控硅静电防护器件 |
CN108520875B (zh) * | 2018-06-07 | 2023-08-22 | 湖南静芯微电子技术有限公司 | 一种高维持电压npnpn型双向可控硅静电防护器件 |
CN108899315B (zh) * | 2018-06-25 | 2021-06-15 | 湖南大学 | 多叉指静电保护器件 |
CN108899315A (zh) * | 2018-06-25 | 2018-11-27 | 湖南大学 | 多叉指静电保护器件 |
CN109103185A (zh) * | 2018-08-24 | 2018-12-28 | 电子科技大学 | 一种抗latch-up的双向ESD防护器件 |
CN109103184B (zh) * | 2018-08-24 | 2023-05-26 | 电子科技大学 | 双向高维持电流esd防护器件 |
CN109119417A (zh) * | 2018-08-24 | 2019-01-01 | 电子科技大学 | 闩锁免疫的双向esd防护器件 |
CN109119417B (zh) * | 2018-08-24 | 2021-10-26 | 电子科技大学 | 闩锁免疫的双向esd防护器件 |
CN109103184A (zh) * | 2018-08-24 | 2018-12-28 | 电子科技大学 | 双向高维持电流esd防护器件 |
CN109962098A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-07-02 | 中国科学院微电子研究所 | 双向可控硅静电放电保护结构及soi结构 |
CN112366202B (zh) * | 2020-10-23 | 2024-06-07 | 长江存储科技有限责任公司 | 静电放电保护结构及其制作方法 |
CN112366202A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-02-12 | 长江存储科技有限责任公司 | 静电放电保护结构及其制作方法 |
CN112563261B (zh) * | 2020-12-11 | 2023-06-27 | 江南大学 | 一种cmos辅助触发scr结构的高压保护集成电路 |
CN112563261A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-03-26 | 江南大学 | 一种cmos辅助触发scr结构的高压保护集成电路 |
WO2023284062A1 (zh) * | 2021-07-16 | 2023-01-19 | 长鑫存储技术有限公司 | 静电保护器件 |
WO2023284063A1 (zh) * | 2021-07-16 | 2023-01-19 | 长鑫存储技术有限公司 | 静电保护器件 |
CN113838847A (zh) * | 2021-09-02 | 2021-12-24 | 电子科技大学 | 一种用于低压esd防护的双向dcscr器件 |
CN113838847B (zh) * | 2021-09-02 | 2023-04-07 | 电子科技大学 | 一种用于低压esd防护的双向dcscr器件 |
CN116646353A (zh) * | 2023-07-26 | 2023-08-25 | 深圳中安辰鸿技术有限公司 | 一种二极管esd保护器件、集成电路及电子设备 |
CN116646353B (zh) * | 2023-07-26 | 2024-01-02 | 深圳中安辰鸿技术有限公司 | 一种二极管esd保护器件、集成电路及电子设备 |
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