CN211265471U - 一种双向可控硅静电防护器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例提供一种双向可控硅静电防护器件，包括：P型衬底，P型衬底内设有第一P+注入区、N型埋层及第六P+注入区，N型埋层上方设有第一N型深阱、第一P阱、N阱、第二P阱及第二N型深阱，第一P阱内设有位置跨在第一N型深阱与第一P阱上的第二P+注入区、第一N+注入区及第三P+注入区，第二P阱内设有第四P+注入区、第二N+注入区及位置跨在第二P阱与第二N型深阱上的第五P+注入区；如此，该可控硅静电防护器件能基于标准CMOS工艺且片上集成，并且能够在不增加DDSCR器件面积的同时有效的提高DDSCR的维持电压，进而提高片上集成静电防护器件的鲁棒性。
Description
技术领域
本实用新型涉及静电防护领域，尤其涉及一种双向可控硅静电防护器件。
背景技术
随着半导体技术的发展，半导体工艺制程日益缩小，芯片集成度逐渐增加，高集成度和小尺寸给芯片带来了更差的静电防护能力。但日益复杂的电磁环境带来了更加严苛的静电防护挑战，因此集成电路因外界静电而损坏的情形越来越严重。集成电路的设计不仅有电路功能的设计需求，静电放电(Electro-Static Discharge，ESD)防护也是设计中不可忽视的重要部分。相比于使用独立的静电防护器件，防护器件的片上集成具有节省面积、适用于标准互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS) 工艺等优点。如何让芯片在更小的制程，更加高度集成度、且让防护器件片上集成的情况下，达到满足要求的静电防护需求成为了当今IC设计者们在电路设计中的一个重要的环节。
如图1所示，为一种经典结构的DDSCR剖面图，其等效电路图如图2 所示。当ESD事件发生在阳极上时，阴极接地，ESD电流在阳极上产生的电压会导致N阱和阴极P阱形成的反向PN结形成雪崩击穿，当雪崩击穿所产生的载流子在Rpw2阱电阻上形成三极管Q3基极-发射极结上的压降，三极管 Q3开启，开启的三极管Q3会导致N阱和阴极P阱产生电势差，进而导致三极管Q2开启。三极管Q3和Q2开启后，形成正反馈，阳极电流泄放路径形成，泄放电流，反向工作原理与正向相同，形成SCR的三极管为Q1和Q2。
DDSCR因为电特性与SCR相同，所以也具有深骤回、高触发电压的特性。过高的触发电压会导致器件的开启电压过高，增加内核电路所受到的ESD 应力，增加内核电路失效的风险；并且过高的开启电压会增加击穿结的热量，增加器件失效的风险。深骤回特性会导致器件拥有较低的维持电压，进而增加内核电路进入闩锁状态的风险；较低的维持电压还会导致器件在电路正常工作时被误触发，进而影响电路信号的完整性。过高触发的问题可以通过选择合适的击穿面和修改击穿面的结构来解决，如改进型横向DDSCR(ModifiedLateral DDSCR)通过增加跨阱注入以改变击穿面结构来降低触发电压；将器件触发改为特定二极管触发的diode trigger DDSCR。过低的电压问题通常可以通过两个方面来解决：1、提高器件维持点的电流。较高的维持电流能减小器件进入闩锁区域的可能。2、通过增加器件阴极和阳极结构的间距来提高维持电压。这两种方法都存在需要增加版图面积的弊端。
实用新型内容
本实用新型提供了一种双向可控硅静电防护器件，该器件具有在不增加版图面积下获得更低的触发电压和更高维持电压的特性。
为达到上述目的，本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：
本实用新型实施例提供的一种双向可控硅静电防护器件，包括：
P型衬底，所述P型衬底内从左到右依次设有第一P+注入区、N型埋层及第六P+注入区，所述N型埋层上方从左到右依次设有第一N型深阱、第一 P阱、N阱、第二P阱及第二N型深阱，所述第一P阱内从左到右依次设有位置跨在所述第一N型深阱与所述第一P阱上的第二P+注入区、第一N+注入区及第三P+注入区，所述第二P阱内从左到右依次设有第四P+注入区、第二N+注入区及位置跨在所述第二P阱与所述第二N型深阱上的第五P+注入区；其中，所述N型深阱与所述P阱组成正向路径反向击穿面D2，所述N 型深阱与所述P阱组成反向路径反向击穿面D1，所述第一N+注入区与所述第三P+注入区分别连接阳极，所述第四P+注入区和所述第二N+注入区分别连接阴极。
其中，所述双向可控硅静电防护器件作为片上静电防护器件时，所述P 型衬底、所述第一P+注入区及所述第六P+注入区分别接地。
其中，所述P+注入区与所述P+注入区间设有氧隔离区，所述第一P+注入区与所述第二N+注入区间设有氧隔离区，所述第二N+注入区与所述第一 P+注入区间设有氧隔离区，所述第一P+注入区与所述第三P+注入区间设有氧隔离区，所述第三P+注入区与所述第四N+注入区间设有氧隔离区，所述第四 N+注入区与所述第二P+注入区间设有氧隔离区，所述第二P+注入区与所述第五P+注入区间设有氧隔离区，所述第五P+注入区与所述第六P+注入区间设有氧隔离区。
其中，所述N型深阱、所述N型埋层和所述N阱将所述第二P+注入区、所述第一N+注入区、所述第三P+注入区和所述第一P阱包围在中间。
本实用新型实施例提供了一种双向可控硅静电防护器件，包括：P型衬底，所述P型衬底内从左到右依次设有第一P+注入区、N型埋层及第六P+注入区，所述N型埋层上方从左到右依次设有第一N型深阱、第一P阱、N阱、第二 P阱及第二N型深阱，所述第一P阱内从左到右依次设有位置跨在所述第一 N型深阱与所述第一P阱上的第二P+注入区、第一N+注入区及第三P+注入区，所述第二P阱内从左到右依次设有第四P+注入区、第二N+注入区及位置跨在所述第二P阱与所述第二N型深阱上的第五P+注入区；其中，所述N 型深阱与所述P阱组成正向路径反向击穿面D2，所述N型深阱与所述P阱组成反向路径反向击穿面D1，所述第一N+注入区与所述第三P+注入区分别连接阳极，所述第四P+注入区和所述第二N+注入区分别连接阴极。该新型结构的双向可控硅器件可基于标准CMOS工艺且片上集成，能够在不增加DDSCR 器件面积的同时有效的提高DDSCR的维持电压，进而提高片上集成静电防护器件的鲁棒性。
附图说明
图1为目前已知的DDSCR静电防护器件剖面图；
图2为目前已知的DDSCR静电防护器的等效电路图；
图3为本实用新型一实施例提供的双向可控硅静电防护器件的结构示意图；
图4为本实用新型一实施例提供的双向可控硅静电防护器件的等效电路图；
图5为本实用新型一实施例提供的双向可控硅静电防护六指器件的实现版图；
图6为本实用新型一实施例提供的双向可控硅静电防护六指器件的芯片照。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，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仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
请参阅图3、图4及图5，一种用于静电防护的双向可控硅器件，包括P 型衬底101，所述P型衬底101内从左到右依次设有的第一P+注入区601、N 型埋层201、第六P+注入区608，所述N型埋层201上方从左右到依次设有第一N型深阱501、第一P阱401、N阱301、第二P阱402和第二N型深阱 502，所述第一P阱401内从左到右依次设有位置跨在第一N型深阱501与第一P阱401上的第二P+注入区602、第一N+注入区603、第三P+注入区604，所述第二P阱402内从左到右依次设有第四P+注入区605、第二N+注入区 606、位置跨在第二P阱402与第二N型深阱502上的第五P+注入区607，所述第一P+注入区601与第二P+注入区602间设有氧隔离区701，所述第二 P+注入区602与第一N+注入区603间设有氧隔离区702，所述第一N+注入区603与第三P+注入区604间设有氧隔离区703，所述第三P+注入区604与第四P+注入区605间设有氧隔离区704，所述第四P+注入区605与第二N+ 注入区606间设有氧隔离区705，所述第二N+注入区606与第五P+注入区 607间设有氧隔离区706，所述第五P+注入区607与第六P+注入区608间设有氧隔离区707，所述N型深阱502与第二P阱402组成正向路径反向击穿面D2，所述N型深阱501与第一P阱401组成反向路径反向击穿面D1。如此，该可控硅静电防护器件能基于标准CMOS工艺且片上集成，并且能够在不增加DDSCR器件面积的同时有效的提高DDSCR的维持电压，进而提高片上集成静电防护器件的鲁棒性。
在一实施方式中，所述N型深阱501、N型埋层201和N阱301将第二 P+注入区602、第一N+注入区603、第三P+注入区604和第一P阱401包围在中间，并且与其它参杂隔离。
在一实施方式中，所述N型深阱502、N型埋层201和N阱301将第四 P+注入区605、第二N+注入区606、第五P+注入区607和第二P阱402包围在中间，并且与其它参杂隔离。
本实用新型实施例提供的双向可控硅静电防护器件作为片上集成防护器件应用，其等效电路如图4中所示。所述由第三P+注入区604、N型深阱501 到N型埋层201到N型埋层502、第四P+注入区605构成PNP型晶体管Q2；由N型深阱502到N型埋层201到N型埋层501、第四P+注入区605、第二 N+注入区606构成NPN型晶体管Q3；由N型深阱501到N型埋层201到N型埋层502、第三P+注入区604、第一N+注入区603构成NPN型晶体管Q1。
上述DDSCR工作原理如下：
上述DDSCR的阳极端连接需要保护的端口，阴极连接地。当ESD事件发生在阳极时，ESD电流在阳极上产生的ESD应力(电压)会导致N型深阱 502与第二P阱402组成正向路径反向击穿面D2发生雪崩击穿，当雪崩击穿所产生的载流子在P阱电阻Rpw2上形成的压降达到第四P+注入区605到第二 P阱402与第二N+注入区606形成的正向二极管的开启电压时，NPN型晶体管Q3将会开启，进而导致PNP型晶体管Q2开启，寄生SCR开启。当ESD 事件发生在阴极时，击穿面为N型深阱501与第一P阱401组成反向路径反向击穿面D1，形成寄生SCR的三极管为Q1与Q2，工作机制相同。
与图1所示DDSCR器件相比，本实用新型实施例提供的双向可控硅静电防护器件增加了跨阱第二P+注入区602和第五P+注入区607来达到降低触发电压的目的。
与图1所示DDSCR器件相比，本实用新型实施例提供的双向可控硅静电防护器件调换了阳极P+注入区和N+注入区，阴极P+注入区和N+注入区的位置。当ESD应力产生在阳极时，图1所示DDSCR器件的电流泄放路径为阳极P+注入区经过左边P阱、N阱、右边P阱到阴极N+注入区，本实用新型专利新型结构的电流泄放路径为第三P+注入区604、第一P阱401、N型埋层 201、第二P阱402到第二N+注入区606。相比图1所示DDSCR器件的电流泄放路径，本实用新型专利新型结构因为电流主要流经N型埋层201，相比流经N阱拥有更大的电阻，所以在形成稳定SCR的过程中，本实用新型专利新型结构拥有更大的导通路径电阻。
相比图1所示DDSCR器件，图3所示的双向可控硅静电防护器件能够在不改动器件版图面积和版图形状的基础上拥有更高的维持电压，同时能够在低触发结构下降低触发电压，本实用新型实施例提供的双向可控硅静电防护器件较图1所示DDSCR器件拥有更好的鲁棒性。
进一步地，本实用新型实施例提供的双向可控硅静电防护六指器件的实现版图见图5，本实用新型实施例提供的双向可控硅静电防护六指器件的芯片照见图6。
Claims (5)
1.一种双向可控硅静电防护器件，其特征在于，包括：
P型衬底(101)，所述P型衬底(101)内从左到右依次设有第一P+注入区(601)、N型埋层(201)及第六P+注入区(608)，所述N型埋层(201)上方从左到右依次设有第一N型深阱(501)、第一P阱(401)、N阱(301)、第二P阱(402)及第二N型深阱(502)，所述第一P阱(401)内从左到右依次设有位置跨在所述第一N型深阱(501)与所述第一P阱(401)上的第二P+注入区(602)、第一N+注入区(603)及第三P+注入区(604)，所述第二P阱(402)内从左到右依次设有第四P+注入区(605)、第二N+注入区(606)及位置跨在所述第二P阱(402)与所述第二N型深阱(502)上的第五P+注入区(607)；其中，所述N型深阱(502)与所述第二P阱(402)组成正向路径反向击穿面D2，所述N型深阱(501)与所述第一P阱(401)组成反向路径反向击穿面D1，所述第一N+注入区(603)与所述第三P+注入区(604)分别连接阳极，所述第四P+注入区(605)和所述第二N+注入区(606)分别连接阴极。
2.根据权利要求1所述的双向可控硅静电防护器件，其特征在于，所述双向可控硅静电防护器件作为片上静电防护器件时，所述P型衬底(101)、所述第一P+注入区(601)及所述第六P+注入区(608)分别接地。
3.根据权利要求1所述的双向可控硅静电防护器件，其特征在于，所述第一P+注入区(601)与所述第二P+注入区(602)间设有氧隔离区(701)，所述第二P+注入区(602)与所述第一N+注入区(603)间设有氧隔离区(702)，所述第一N+注入区(603)与所述第三P+注入区(604)间设有氧隔离区(703)，所述第三P+注入区(604)与所述第四P+注入区(605)间设有氧隔离区(704)，所述第四P+注入区(605)与所述第二N+注入区(606)间设有氧隔离区(705)，所述第二N+注入区(606)与所述第五P+注入区(607)间设有氧隔离区(706)，所述第五P+注入区(607)与所述第六P+注入区(608)间设有氧隔离区(707)。
4.根据权利要求1所述的双向可控硅静电防护器件，其特征在于，所述N型深阱(501)、所述N型埋层(201)和所述N阱(301)将所述第二P+注入区(602)、所述第一N+注入区(603)、所述第三P+注入区(604)和所述第一P阱(401)包围在中间。
5.根据权利要求1所述的双向可控硅静电防护器件，其特征在于，所述N型深阱(502)、所述N型埋层(201)和所述N阱(301)将所述第四P+注入区(605)、所述第二N+注入区(606)、所述第五P+注入区(607)和所述第二P阱(402)包围在中间。
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| CN201921799964.1U CN211265471U (zh) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | 一种双向可控硅静电防护器件 |
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| CN201921799964.1U CN211265471U (zh) | 2019-10-24 | 2019-10-24 | 一种双向可控硅静电防护器件 |
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| CN211265471U true CN211265471U (zh) | 2020-08-14 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110690213A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-01-14 | 湖南静芯微电子技术有限公司 | 一种双向可控硅静电防护器件 |
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2019
- 2019-10-24 CN CN201921799964.1U patent/CN211265471U/zh active Active
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| CN110690213A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-01-14 | 湖南静芯微电子技术有限公司 | 一种双向可控硅静电防护器件 |
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