[实用新型]一种纵向NPN触发的高维持电压的高压ESD保护器件

说明书

技术领域

本发明属于集成电路的静电保护领域，涉及一种高压ESD保护器件，具体涉及一种纵向NPN触发的高维持电压的高压ESD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

LDMOS和VDMOS功率场效应器件是上世纪末迅速发展起来的新型功率器件，随着功率半导体器件的功率、容量不断增加和性能的不断提高，其应用范围也在不断扩大。在高压直流电源，马达传动等低频大功率领域，功率器件更是不可缺少的重要半导体器件。然而，在工程应用过程中，常常会因一些“偶然”因素导致电路功能失效或损坏。经调查，除电路元件老化及短路、断路等易修复的故障因素外，还存在一些不易为人所知的静电放电(ESD)产生的电路故障，即“偶然”失效。要排除这些潜在失效因素，需要在功率器件和电路端口采用适当的静电防护措施。 

近20年来，人们利用功率器件大电流、耐高压的特性，常采用横向双扩散绝缘栅场效应管(LDMOS)在智能功率IC的输出端口既用作功率趋动管，又用作ESD防护器件。然而，在ESD防护应用中的实践证明，LDMOS器件的ESD保护性能较差，少数LDMOS器件因其栅氧抗击穿能力低，抵抗不了高压ESD脉冲的冲击而被损坏。即使多数LDMOS通过场板技术或降低表面场(RESURF)技术，提高了器件的栅氧抗击穿能力，但是，大部分LDMOS器件仍在高压ESD脉冲作用下，一旦触发回滞，器件就遭到损坏，鲁棒性较弱，达不到国家规定的电子产品要求人体模型不低于2000 V的静电防护标准。虽然近年来有人提出了一种SCR-LDMOS两结构相结合的高压ESD保护器件，该器件的鲁棒性与单结构LDMOS的鲁棒性相比，虽得到大幅提高，但维持电压依然偏低，仍存在高触发电压、低维持电压、容易进入闩锁状态的风险。尤其对于一些高压驱动芯片如三相马达正、反转驱动芯片，其高压驱动电路中存在正反向电压，针对这些特殊高压驱动芯片，不但需要对高压驱动电路的正向ESD脉冲予以泄放，而且要求对反向ESD高压脉冲也能够泄放，从而真正降低正、反双向ESD脉冲对高压驱动电路造成功能失效的风险。本发明提供了一种新的技术方案，可以提高器件的耐压能力和维持电压，又能提高二次击穿电流，增强其鲁棒性。 

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明实例设计了一种纵向NPN触发的高维持电压的高压ESD保护器件，既充分利用了LDMOS器件能承受高压击穿，以及NPN器件高维持电压的特点，又利用了SCR器件低导通电阻、大电流泄放能力的特点，通过利用N下沉阱、N埋层、P外延和高压N阱版图层次的特殊设计，使器件在高压ESD脉冲作用下，纵向NPN结构中的反向PN结被击穿，形成多条ESD电流泄放路径。且上述特殊设计的版图层次，延长了器件触发后的电流导通路径，改变了器件内部的电场分布，有利于提高器件的耐压能力和维持电压，增大二次击穿电流。可以实现耐高压、高维持电压，低导通电阻、强鲁棒性等 ESD保护性能。 

本发明通过以下技术方案实现： 

一种纵向NPN触发的高维持电压的高压ESD保护器件，其包括正、反向高压ESD电流泄放路径，以提高二次击穿电流，降低导通电阻。其特征在于：主要由衬底Psub，N埋层，P外延，第一N下沉阱，高压深N阱，第二N下沉阱，第一N+注入区，第一P+注入区，第二N+注入区，第三N+注入区，第一场氧隔离区、第二场氧隔离区、第三场氧隔离区、第四场氧隔离区、第五场氧隔离区和多晶硅栅及其覆盖的栅薄氧化层构成； 

所述N埋层在所述衬底Psub的表面； 

所述P外延在所述N埋层上； 

所述P外延上从左到右依次设有所述第一场氧隔离区、所述第一N下沉阱、所述高压深N阱及所述第二N下沉阱和所述第五场氧隔离区； 

所述第一N下沉阱上设有所述第一N+注入区，所述第一场氧隔离区与所述第一N+注入区相连接； 

所述高压深N阱上从左到右依次设有所述第一P+注入区、所述第三场氧隔离区和所述第二N+注入区； 

所述第一N+注入区与所述第一P+注入区之间设有所述第二场氧隔离区； 

所述第二N下沉阱上设有所述第三N+注入区； 

所述第二N+注入区与所述第三N+注入区之间设有所述第四场氧隔离区、所述多晶硅栅和所述栅薄氧化层，所述第四场氧隔离区左半部分位于所述高压深N阱的表面部分区域上，所述第四场氧隔离区右半部分位于所述多晶硅栅的表面部分区域上，所述多晶硅覆盖了全部的所述栅薄氧化层，所述栅薄氧化层横跨在所述高压深N阱和所述P外延上的表面部分区域；