CN204792791U - 一种紧凑灵活型齐纳二极管触发scr的esd保护器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种紧凑灵活型齐纳二极管触发SCR的ESD保护器件，其特征在于，包括：P衬底；第一NW阱区，N-扩散区，第一N+扩散区，第一SP扩散区；ZP扩散区，第二N+扩散区，第二SP扩散区；第二NW阱区，第三N+扩散区，第三SP扩散区；第三NW阱区，以及第四N+扩散区。本实用新型能够减小ESD器件的面积和电容，更加适应目前高频集成电路的发展，拓宽ESD保护器件的应用范围，提高ESD器件的制造灵活性，降低生产成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及ESD保护器件领域，尤其是一种紧凑灵活型齐纳二极管触发SCR的ESD保护器件。
背景技术
ESD(Electro-Staticdischarge)的意思是“静电释放”。ESD是20世纪中期以来形成的以研究静电的产生、危害及静电防护等的学科。因此，国际上习惯将用于静电防护的器材统称为ESD，中文名称为静电阻抗器。
现有技术中，ESD器件的面积和电容较大，维持电压和鲁棒性固定。对于低压IC的ESD防护而言，一个有效的静电放电防护器件必须能够保证相对低的触发电压，相对高的维持电压，提供较强的ESD保护能力，并占用有限的布局面积。基于这些考虑，硅控整流器(SCR)是一个非常有吸引力的器件来提供ESD保护解决方案。但是，SCR的维持电压通常很低，容易发生闩锁效应，一般是通过拉伸NPN的基区宽度来解决，但它会增加器件面积。
实用新型内容
本实用新型为解决上述问题，提供了一种紧凑灵活型齐纳二极管触发SCR的ESD保护器件。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种紧凑灵活型齐纳二极管触发SCR的ESD保护器件，其特征在于，包括：
P衬底；
第一NW阱区，设置于所述P衬底中的最左侧；
N-扩散区，设置于所述第一NW阱区中；
第一N+扩散区，设置于所述N-扩散区中；
第一SP扩散区，设置于所述第一NW阱区中；
ZP扩散区，设置于所述P衬底中，且位于所述第一NW阱区右侧；
第二N+扩散区，设置于所述ZP扩散区中；
第二SP扩散区，设置于所述ZP扩散区和所述P衬底中；
第二NW阱区，设置于所述P衬底中，且位于所述ZP扩散区右侧；
第三N+扩散区，设置于所述第二NW阱区中；
第三SP扩散区，设置于所述P衬底中，且位于所述第二NW阱区右侧；
第三NW阱区，设置于所述P衬底中的最右侧；以及
第四N+扩散区，设置于所述第三NW阱区中；
其中，所述第一SP扩散区和所述第三N+扩散区作为所述ESD保护器件的I/O端，所述第二SP扩散区、所述第三SP扩散区和所述第四N+扩散区作为所述ESD保护器件的GND端，所述第一N+扩散区和所述第二N+扩散区相连接；
优选的，所述第一SP扩散区和所述第一N+扩散区之间的所述第一NW阱区上方设置有第一绝缘体，所述第一N+扩散区和所述第二N+扩散区之间的所述P衬底上方设置有第二绝缘体，所述第二N+扩散区和所述第二SP扩散区之间的所述ZP扩散区上方设置有第三绝缘体，所述第二SP扩散区和所述第三N+扩散区之间的所述P衬底上方设置有一第四绝缘体，所述第三N+扩散区和第三SP扩散区所述之间的所述P衬底上方设置有第五绝缘体，所述第三SP扩散区和所述第四N+扩散区之间的所述P衬底上方设置有一第六绝缘体。
优选的，所述第一绝缘体为场氧化物。
优选的，所述第二绝缘体为场氧化物。
优选的，所述第三绝缘体为场氧化物。
优选的，所述第四绝缘体为场氧化物。
优选的，所述第五绝缘体为场氧化物。
优选的，所述第六绝缘体为场氧化物。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型通过在SCR中寄生NPN晶体管的基区插入齐纳二极管和反向承受ESD电流的二极管，既拉伸了寄生NPN晶体管的基区宽度，提高了SCR的维持电压，同时又降低了触发电压，并且有效地实现了ESD的正反向保护能力，极大地缩小了器件的面积，使得ESD保护器件更加紧凑，降低了生产成本。除此之外，还可以通过调整I/O端SP的注入剂量来调节ESD的维持电压和鲁棒性，提高了器件的制造灵活性，有很强的经济实用性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型ESD保护器件的剖面图；
图2为本实用新型ESD保护器件的等效电路图；
1-P衬底，11-第二绝缘体，12-第四绝缘体，13-第五绝缘体，14-第六绝缘体，21-ZP扩散区，22-第二N+扩散区，23-第二SP扩散区，24-第三绝缘体，31-第一NW阱区，32-N-扩散区，33-第一N+扩散区，34-第一SP扩散区，35-第一绝缘体，41-第二NW阱区，42-第三N+扩散区，43-第三SP扩散区，44-第三NW阱区，45-第四N+扩散区。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，本实用新型提供一种紧凑灵活型齐纳二极管触发SCR的ESD保护器件，包括：
P衬底1；
第一NW阱区31，设置于所述P衬底1中的最左侧；
N-扩散区32，设置于所述第一NW阱区31中；
第一N+扩散区33，设置于所述N-扩散区32中；
第一SP扩散区34，设置于所述第一NW阱区31中；
ZP扩散区21，设置于所述P衬底1中，且位于所述第一NW阱区31右侧；
第二N+扩散区22，设置于所述ZP扩散区21中；
第二SP扩散区23，设置于所述ZP扩散区21和所述P衬底1中；
第二NW阱区41，设置于所述P衬底1中，且位于所述ZP扩散区21右侧；
第三N+扩散区42，设置于所述第二NW阱区41中；
第三SP扩散区43，设置于所述P衬底1中，且位于所述第二NW阱区41右侧；
第三NW阱区44，设置于所述P衬底1中的最右侧；以及
第四N+扩散区45，设置于所述第三NW阱区44中；
其中，所述第一SP扩散区34和所述第三N+扩散区42作为所述ESD保护器件的I/O端，所述第二SP扩散区23、所述第三SP扩散区43和所述第四N+扩散区45作为所述ESD保护器件的GND端，所述第一N+扩散区33和所述第二N+扩散区22相连接；
优选的，所述第一SP扩散区34和所述第一N+扩散区33之间的所述第一NW阱区31上方设置有第一绝缘体35，所述第一N+扩散区33和所述第二N+扩散区22之间的所述P衬底1上方设置有第二绝缘体11，所述第二N+扩散区22和所述第二SP扩散区23之间的所述ZP扩散区21上方设置有第三绝缘体24，所述第二SP扩散区23和所述第三N+扩散区42之间的所述P衬底1上方设置有一第四绝缘体12，所述第三N+扩散区42和第三SP扩散区43所述之间的所述P衬底1上方设置有第五绝缘体13，所述第三SP扩散区43和所述第四N+扩散区45之间的所述P衬底1上方设置有一第六绝缘体。
优选的，所述第一绝缘体35、所述第二绝缘体11、所述第三绝缘体24、所述第四绝缘体12、所述第五绝缘体13和所述第六绝缘体14为场氧化物。
本实用新型通过在SCR中寄生NPN晶体管的基区插入齐纳二极管和反向承受ESD电流的二极管，既拉伸了寄生NPN晶体管的基区宽度，提高了SCR的维持电压，同时又降低了触发电压，并且有效地实现了ESD的正反向保护能力，极大地缩小了器件的面积，使得ESD保护器件更加紧凑，降低了生产成本。如图1所示，齐纳二极管由高掺杂的N+有源注入区和ZP有源注入区形成；I/O端的SP有源注入区、N阱(包括N-和N+)和P-sub分别形成了寄生PNP晶体管的发射极、基极和集电极；最左边的N阱(包括N-)、P-sub和GND端的N+有源注入区(包括N阱)分别形成了寄生NPN晶体管的集电极、基极和发射极，其中Rp代表P-sub的寄生电阻；反向二极管由I/O端的的N+有源注入区(包括N阱)和GND端的SP有源注入区形成。
如图2所示，当正向ESD事件发生时，ESD电流首先会从I/O端流经寄生PNP晶体管Q1的发射结二极管D1和齐纳二极管Z流入地(GND)，如图中虚线箭头所示；D1导通，Q1被开启；此时会有电流流经P-sub的寄生电阻Rp；当流经Rp上的电流在Rp上产生的压降达到0.7V时，寄生NPN晶体管Q2的发射结二极管D2导通，Q2被开启，此时由Q1和Q2形成的可控硅(SCR)被触发，开始泄放ESD大电流，如图中实线箭头(向下)所示，承担主要的ESD放电功能。当负向ESD事件发生时，二极管D导通，如图2中实线箭头(向上)所示，承担主要的ESD放电功能。
本实用新型能够减小ESD器件的面积和电容，更加适应目前高频集成电路的发展，拓宽ESD保护器件的应用范围，提高ESD器件的制造灵活性，降低生产成本。
上述说明示出并描述了本实用新型的优选实施例，如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种紧凑灵活型齐纳二极管触发SCR的ESD保护器件，其特征在于，包括：
P衬底；
第一NW阱区，设置于所述P衬底中的最左侧；
N-扩散区，设置于所述第一NW阱区中；
第一N+扩散区，设置于所述N-扩散区中；
第一SP扩散区，设置于所述第一NW阱区中；
ZP扩散区，设置于所述P衬底中，且位于所述第一NW阱区右侧；
第二N+扩散区，设置于所述ZP扩散区中；
第二SP扩散区，设置于所述ZP扩散区和所述P衬底中；
第二NW阱区，设置于所述P衬底中，且位于所述ZP扩散区右侧；
第三N+扩散区，设置于所述第二NW阱区中；
第三SP扩散区，设置于所述P衬底中，且位于所述第二NW阱区右侧；
第三NW阱区，设置于所述P衬底中的最右侧；以及
第四N+扩散区，设置于所述第三NW阱区中；
其中，所述第一SP扩散区和所述第三N+扩散区作为所述ESD保护器件的I/O端，所述第二SP扩散区、所述第三SP扩散区和所述第四N+扩散区作为所述ESD保护器件的GND端，所述第一N+扩散区和所述第二N+扩散区相连接；所述第一SP扩散区和所述第一N+扩散区之间的所述第一NW阱区上方设置有第一绝缘体，所述第一N+扩散区和所述第二N+扩散区之间的所述P衬底上方设置有第二绝缘体，所述第二N+扩散区和所述第二SP扩散区之间的所述ZP扩散区上方设置有第三绝缘体，所述第二SP扩散区和所述第三N+扩散区之间的所述P衬底上方设置有一第四绝缘体，所述第三N+扩散区和第三SP扩散区所述之间的所述P衬底上方设置有第五绝缘体，所述第三SP扩散区和所述第四N+扩散区之间的所述P衬底上方设置有一第六绝缘体。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑灵活型齐纳二极管触发SCR的ESD保护器件，其特征在于：所述第一绝缘体为场氧化物。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑灵活型齐纳二极管触发SCR的ESD保护器件，其特征在于：所述第二绝缘体为场氧化物。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑灵活型齐纳二极管触发SCR的ESD保护器件，其特征在于：所述第三绝缘体为场氧化物。
5.根据权利要求1所述的一种紧凑灵活型齐纳二极管触发SCR的ESD保护器件，其特征在于：所述第四绝缘体为场氧化物。
6.根据权利要求1所述的一种紧凑灵活型齐纳二极管触发SCR的ESD保护器件，其特征在于：所述第五绝缘体为场氧化物。
7.根据权利要求1所述的一种紧凑灵活型齐纳二极管触发SCR的ESD保护器件，其特征在于：所述第六绝缘体为场氧化物。
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|---|---|---|---|---|
| CN107204327A (zh) * | 2016-03-18 | 2017-09-26 | 张亚蒙 | 半导体器件、电路组件及集成电路 |
| CN111524885A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-08-11 | 捷捷半导体有限公司 | 一种功率集成电路芯片及其制作方法 |
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| CN107204327A (zh) * | 2016-03-18 | 2017-09-26 | 张亚蒙 | 半导体器件、电路组件及集成电路 |
| CN111524885A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-08-11 | 捷捷半导体有限公司 | 一种功率集成电路芯片及其制作方法 |
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