CN108630680A - 一种基于scr的叉指嵌套混合结构静电释放器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SCR的叉指嵌套混合结构静电释放器件，包括P型衬底；P型衬底上设有N型埋层；N型埋层上设有N型深阱；N型深阱中从左至右设有N个依次串接的嵌套结构单元；每相邻的两个嵌套结构单元共用一个P阱结构；每个嵌套结构单元中，位于左侧的M个P阱结构中所有的P+注入区和N+注入区均连接在一起作为阳极，位于右侧的M个P阱结构中所有的P+注入区和N+注入区均连接在一起作为阴极；整个叉指嵌套混合结构静电释放器件呈左右镜像对称。本发明嵌套结构单元的指数和嵌套结构单元的数量可自由组合，能够有效提高器件整体的失效电流或维持电压，具有结构简单、组合多样化、适用范围广的优点。
Description
技术领域
本发明涉及静电防护领域，特别涉及一种基于SCR的叉指嵌套混合结构静电释放器件。
背景技术
静电现象广泛存在于自然界中，静电的产生在工业生产中是不可避免的。其中，静电放电（ESD）会引起电子设备的故障或误动作，造成电磁干扰。击穿集成电路和精密的电子元件，或者促使元件老化，降低生产成品率。因此研究可靠性高，防护能力强的ESD器件是十分必要的。
SCR(Silicon Controlled Rectifier)器件，是一种十分有效的ESD防护器件，其维持电压很低，所以能够承受足够高的ESD电流应力。相比其他器件，SCR是单位面积保护能力最强的ESD保护器件，各式各样经过改进后的SCR静电保护器件广泛用于各领域。但是，由于雪崩路径的限制，SCR结构需要很高的触发电压，而且工作时由于类闩锁的特性导致维持电压很低，这两个缺陷将使内部电路得不到有效的保护，很容易产生器件闩锁问题。所以在ESD保护中，对SCR结构进行设计时，应当设法提高SCR结构的维持电压和降低SCR结构的触发电压。
图1是一种比较新的两指嵌套结构双向SCR，具有较低的触发电压和较高的维持电压，虽然能在一定程度高提高器件整体的维持电压，但是不能够提高器件整体的失效电流。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、结构组合多样化的基于SCR的叉指嵌套混合结构静电释放器件。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于SCR的叉指嵌套混合结构静电释放器件，其特征在于：包括P型衬底；P型衬底上设有N型埋层；N型埋层上设有N型深阱； N型深阱中从左至右设有N个依次串接的嵌套结构单元，N≥2；
其中位于中间的N-2个嵌套结构单元的结构相同，且均包括2M个P阱Ⅰ，M≥1；位于中间的N-2个嵌套结构单元中，每个嵌套结构单元的中间设有场氧隔离区Ⅰ，场氧隔离区Ⅰ将2M个P阱Ⅰ分为呈镜像对称的左右各M个P阱Ⅰ，其中左侧的M个P阱Ⅰ依次记为第一P阱Ⅰ、第二P阱Ⅰ...第M P阱Ⅰ，第一P阱Ⅰ中从左至右依次设有紧挨的N+注入区Ⅰ、P+注入区Ⅰ、N+注入区Ⅱ，第二至第M P阱Ⅰ中从左至右均依次设有紧挨的P+注入区Ⅱ、N+注入区Ⅲ，每相邻的两个P阱Ⅰ之间、第M P阱Ⅰ与场氧隔离区Ⅰ之间均跨接一个P+注入区Ⅲ；
其中位于最左侧的嵌套结构单元包括2M个P阱Ⅱ，最左侧的嵌套结构单元的中间设有场氧隔离区Ⅱ，场氧隔离区Ⅱ将2M个P阱Ⅱ分为左右各M个P阱Ⅱ；场氧隔离区Ⅱ左侧的M个P阱Ⅱ依次记为第一P阱Ⅱ、第二P阱Ⅱ...第M P阱Ⅱ，场氧隔离区Ⅱ右侧的M个P阱Ⅱ依次记为第M+1 P阱Ⅱ、第M+2阱Ⅱ...第2M P阱Ⅱ，其中第一P阱Ⅱ左侧与P型衬底左侧边缘之间设有场氧隔离区Ⅲ，第一P阱Ⅱ中左至右依次设有紧挨的P+注入区Ⅳ、N+注入区Ⅳ，最左侧的嵌套结构单元中第一P阱Ⅱ右侧的结构与位于中间的N-2个嵌套结构单元中第一P阱Ⅰ右侧的结构相同；
其中位于最右侧的嵌套结构单元与位于最左侧的嵌套结构单元呈镜像对称；
每相邻的两个嵌套结构单元共用一个P阱结构，即位于左侧的嵌套结构单元的最右侧的P阱结构与位于右侧的嵌套结构单元的最左侧的P阱结构为同一P阱结构；
每个嵌套结构单元中，位于左侧的M个P阱结构中所有的P+注入区和N+注入区均连接在一起作为阳极，位于右侧的M个P阱结构中所有的P+注入区和N+注入区均连接在一起作为阴极；
整个叉指嵌套混合结构静电释放器件呈左右镜像对称。
上述基于SCR的叉指嵌套混合结构静电释放器件，所述N=2，即嵌套结构单元的数量为2个，M=2，即每个嵌套结构单元的指数为2，由两个嵌套结构单元的两指嵌套结构共用阴极组成四指嵌套叉指混合结构。
上述基于SCR的叉指嵌套混合结构静电释放器件，在器件总指数不变的前提下，通过减少每个嵌套结构单元的指数，增加嵌套结构单元的数量来提高器件整体的失效电流。
上述基于SCR的叉指嵌套混合结构静电释放器件，在器件总指数不变的前提下，通过增加每个嵌套结构单元的指数，减少嵌套结构单元的数量来提高器件整体的维持电压。
本发明的有益效果在于：本发明嵌套结构单元的指数和嵌套结构单元的数量可自由组合，在器件总指数不变的前提下，可以通过减少每个嵌套结构单元的指数，增加嵌套结构单元的数量来提高器件整体的失效电流，另外也可以通过增加每个嵌套结构单元的指数，减少嵌套结构单元的数量来提高器件整体的维持电压，具有结构简单、组合多样化、适用范围广的优点。
附图说明
图1为两指嵌套双向SCR结构的示意图。
图2为本发明实施例中四叉指嵌套混合结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
一种基于SCR的叉指嵌套混合结构静电释放器件，包括P型衬底；P型衬底上设有N型埋层；N型埋层上设有N型深阱； N型深阱中从左至右设有N个依次串接的嵌套结构单元，N≥2；
其中位于中间的N-2个嵌套结构单元的结构相同，且均包括2M个P阱Ⅰ，M≥1；位于中间的N-2个嵌套结构单元中，每个嵌套结构单元的中间设有场氧隔离区Ⅰ，场氧隔离区Ⅰ将2M个P阱Ⅰ分为呈镜像对称的左右各M个P阱Ⅰ，其中左侧的M个P阱Ⅰ依次记为第一P阱Ⅰ、第二P阱Ⅰ...第M P阱Ⅰ，第一P阱Ⅰ中从左至右依次设有紧挨的N+注入区Ⅰ、P+注入区Ⅰ、N+注入区Ⅱ，第二至第M P阱Ⅰ中从左至右均依次设有紧挨的P+注入区Ⅱ、N+注入区Ⅲ，每相邻的两个P阱Ⅰ之间、第M P阱Ⅰ与场氧隔离区Ⅰ之间均跨接一个P+注入区Ⅲ；
其中位于最左侧的嵌套结构单元包括2M个P阱Ⅱ，最左侧的嵌套结构单元的中间设有场氧隔离区Ⅱ，场氧隔离区Ⅱ将2M个P阱Ⅱ分为左右各M个P阱Ⅱ；场氧隔离区Ⅱ左侧的M个P阱Ⅱ依次记为第一P阱Ⅱ、第二P阱Ⅱ...第M P阱Ⅱ，场氧隔离区Ⅱ右侧的M个P阱Ⅱ依次记为第M+1 P阱Ⅱ、第M+2阱Ⅱ...第2M P阱Ⅱ，其中第一P阱Ⅱ左侧与P型衬底左侧边缘之间设有场氧隔离区Ⅲ，第一P阱Ⅱ中左至右依次设有紧挨的P+注入区Ⅳ、N+注入区Ⅳ，最左侧的嵌套结构单元中第一P阱Ⅱ右侧的结构与位于中间的N-2个嵌套结构单元中第一P阱Ⅰ右侧的结构相同；
其中位于最右侧的嵌套结构单元与位于最左侧的嵌套结构单元呈镜像对称；
每相邻的两个嵌套结构单元共用一个P阱结构，即位于左侧的嵌套结构单元的最右侧的P阱结构与位于右侧的嵌套结构单元的最左侧的P阱结构为同一P阱结构；
每个嵌套结构单元中，位于左侧的M个P阱结构中所有的P+注入区和N+注入区均连接在一起作为阳极，位于右侧的M个P阱结构中所有的P+注入区和N+注入区均连接在一起作为阴极；
整个叉指嵌套混合结构静电释放器件呈左右镜像对称。
在器件总指数不变的前提下，可以通过减少每个嵌套结构单元的指数，增加嵌套结构单元的数量来提高器件整体的失效电流，也可以通过增加每个嵌套结构单元的指数，减少嵌套结构单元的数量来提高器件整体的维持电压。
实施例
如图2所示，取N=2，即嵌套结构单元的数量为2个，M=2，即每个嵌套结构单元的指数为2，由两个嵌套结构单元的两指嵌套结构共用阴极组成四指嵌套叉指混合结构，能泄放90%以上的ESD电流，是最优结构组合，故以四叉指嵌套混合结构进行说明，其维持电压和失效电流都有较大提高。
一种基于SCR的叉指嵌套混合结构静电释放器件，包括P型衬底101；P型衬底101上设有N型埋层102；N型埋层102上设有N型深阱103，N型埋层102与N型深阱103两端对齐，N型深阱103中从左至右依次设有第一场氧隔离区401、第一P阱201、第二P+注入区303、第二P阱202、第四P+注入区306、第五场氧隔离区405、第五P+注入区307、第三P阱203、第七P+注入区310、第四P阱204、第九P+注入区314、第五P阱205、第十一P+注入区317、第十二场氧隔离区412、第十二P+注入区318、第六P阱206、第十四P+注入区321、第七P阱207、第十六场氧隔离区416；第一场氧隔离区401横跨在N型深阱103和第一P阱201的交界处，第一P阱201中设有第一P+注入区301、第一N+注入区302、第二场氧隔离区402，第二P+注入区303横跨在第一P阱201、N型深阱103、第二P阱202的交界处，第二P阱202中设有第三场氧隔离区403、第三P+注入区304、第二N+注入区305、第四场氧隔离区404，第四P+注入区306横跨在第二P阱202和N型深阱103的交界处；第五P+注入区307横跨在N型深阱103和第三P阱203的交界处，第三P阱203中设有第六场氧隔离区406、第三N+注入区308、第六P+注入区309、第七场氧隔离区407，第七P+注入区310横跨在第三P阱203、N型深阱103、第四P阱204的交界处，第四P阱204中设有第八场氧隔离区408、第四N+注入区311、第八P+注入区312、第五N+注入区313、第九场氧隔离区409，第九P+注入区314横跨在第四P阱204、N型深阱103、第五P阱205的交界处，第五P阱205中设有第十场氧隔离区410、第十P+注入区315、第六N+注入区316、第十一场氧隔离区411，第十一P+注入区317横跨在第五P阱205和N型深阱103交界处；第十二P+注入区318横跨在N型深阱103和第六P阱206交界处，第六P阱206中设有第十三场氧隔离区413、第七N+注入区319、第十三P+注入区320、第十四场氧隔离区414，第十四P+注入区321横跨在第六P阱206、N型深阱103、第七P阱207的交界处，第七P阱207中设有第十五场氧隔离区415、第八N+注入区322、第十五P+注入区323，第十六场氧隔离区416横跨在第七P阱207和N型深阱103交界处。
所述第一P阱201、第二P阱202、第三P阱203、第四P阱204组成第一嵌套结构单元，第一P阱201中的第一P+注入区301、第一N+注入区302和第二P阱202中的第三P+注入区304、第二N+注入区305接阳极，第三P阱203中的第三N+注入区308、第六P+注入区309和第四P阱204中的第四N+注入区311、第八P+注入区312、第五N+注入区313接阴极。
所述第四P阱204、第五P阱205、第六P阱206、第七P阱207组成第二嵌套结构单元，第四P阱204中的第四N+注入区311、第八P+注入区312、第五N+注入区313和第五P阱205中的第十P+注入区315、第六N+注入区316接阴极，第六P阱206中的第七N+注入区319、第十三P+注入区320和第七P阱207中的第八N+注入区322、第十五P+注入区323接阳极。
所述第一嵌套结构单元与第二嵌套结构单元共用第四P阱204，形成叉指结构，更节省器件版图面积，降低成本；同时也呈镜像对称结构，使ESD电流释放更均匀。
所述第二P+注入区303、第四P+注入区306、第五P+注入区307、第七P+注入区310、第九P+注入区310、第十一P+注入区317、第十二P+注入区318、第十四P+注入区321横跨P阱和N型深阱103交界处，改变其宽度可调节导通电阻，控制维持电压。
Claims (4)
1.一种基于SCR的叉指嵌套混合结构静电释放器件，其特征在于：包括
P型衬底；
P型衬底上设有N型埋层；
N型埋层上设有N型深阱；
N型深阱中从左至右设有N个依次串接的嵌套结构单元，N≥2；
其中位于中间的N-2个嵌套结构单元的结构相同，且均包括2M个P阱Ⅰ，M≥1；位于中间的N-2个嵌套结构单元中，每个嵌套结构单元的中间设有场氧隔离区Ⅰ，场氧隔离区Ⅰ将2M个P阱Ⅰ分为呈镜像对称的左右各M个P阱Ⅰ，其中左侧的M个P阱Ⅰ依次记为第一P阱Ⅰ、第二P阱Ⅰ...第M P阱Ⅰ，第一P阱Ⅰ中从左至右依次设有紧挨的N+注入区Ⅰ、P+注入区Ⅰ、N+注入区Ⅱ，第二至第M P阱Ⅰ中从左至右均依次设有紧挨的P+注入区Ⅱ、N+注入区Ⅲ，每相邻的两个P阱Ⅰ之间、第M P阱Ⅰ与场氧隔离区Ⅰ之间均跨接一个P+注入区Ⅲ；
其中位于最左侧的嵌套结构单元包括2M个P阱Ⅱ，最左侧的嵌套结构单元的中间设有场氧隔离区Ⅱ，场氧隔离区Ⅱ将2M个P阱Ⅱ分为左右各M个P阱Ⅱ；场氧隔离区Ⅱ左侧的M个P阱Ⅱ依次记为第一P阱Ⅱ、第二P阱Ⅱ...第M P阱Ⅱ，场氧隔离区Ⅱ右侧的M个P阱Ⅱ依次记为第M+1 P阱Ⅱ、第M+2阱Ⅱ...第2M P阱Ⅱ，其中第一P阱Ⅱ左侧与P型衬底左侧边缘之间设有场氧隔离区Ⅲ，第一P阱Ⅱ中左至右依次设有紧挨的P+注入区Ⅳ、N+注入区Ⅳ，最左侧的嵌套结构单元中第一P阱Ⅱ右侧的结构与位于中间的N-2个嵌套结构单元中第一P阱Ⅰ右侧的结构相同；
其中位于最右侧的嵌套结构单元与位于最左侧的嵌套结构单元呈镜像对称；
每相邻的两个嵌套结构单元共用一个P阱结构，即位于左侧的嵌套结构单元的最右侧的P阱结构与位于右侧的嵌套结构单元的最左侧的P阱结构为同一P阱结构；
每个嵌套结构单元中，位于左侧的M个P阱结构中所有的P+注入区和N+注入区均连接在一起作为阳极，位于右侧的M个P阱结构中所有的P+注入区和N+注入区均连接在一起作为阴极；
整个叉指嵌套混合结构静电释放器件呈左右镜像对称。
2.根据权利要求1所述的基于SCR的叉指嵌套混合结构静电释放器件，其特征在于：所述N=2，即嵌套结构单元的数量为2个，M=2，即每个嵌套结构单元的指数为2，由两个嵌套结构单元的两指嵌套结构共用阴极组成四指嵌套叉指混合结构。
3.根据权利要求1所述的基于SCR的叉指嵌套混合结构静电释放器件，其特征在于：在器件总指数不变的前提下，通过减少每个嵌套结构单元的指数，增加嵌套结构单元的数量来提高器件整体的失效电流。
4.根据权利要求1所述的基于SCR的叉指嵌套混合结构静电释放器件，其特征在于：在器件总指数不变的前提下，通过增加每个嵌套结构单元的指数，减少嵌套结构单元的数量来提高器件整体的维持电压。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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