[发明专利]可控硅静电保护器件

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术，特别涉及集成电路ESD防护的可控硅器件。

背景技术

静电是一种客观存在的自然现象，产生的方式多种，如接触、摩擦、电器间感应等，静电在多个领域都造成了严重危害。静电在电子工业中常常造成电子电器产品运行不稳定，甚至损坏。随着越来越小的工艺尺寸，更薄的栅氧厚度都使集成电路收到静电放电破坏的几率大大增加，因此改善集成电路静电防护的可靠性，减少静电对内部电路破坏具有非常重要的作用。

静电放电保护电路（ESD）在集成电路正常工作状态下处于关闭状态，而在外部静电进入集成电路而产生瞬间高电压的时候，保护电路会导通，迅速的释放掉静电电流。

用于ESD的常规器件包括Diode、MOSFET、Resistor、BJT、SCR（可控硅）等。其中SCR是一种四层结构（PNPN）的大功率半导体器件，有三个引出电极，即阳极A、阴极K及栅极G。SCR具有导通与关断两个状态，其开启电压由阳极电压、阳极电流和栅极电流共同决定。SCR在相同的面积下具有更高的电流泄放能力，因此在ESD中SCR是最有效率的防护器件之一。

ESD防护设计不但要对内部芯片保护，还要保证不对芯片的正常工作产生影响。在集成电路正常操作下，静电放电保护器件处于关闭状态，不影响集成电路输入输出电压，因此SCR静电保护器件必须要有适当的开启（触发）电压，才能起到保护内部电路的作用，现有可控硅静电保护器件只有一固定的开启电压，若开启电压过高，ESD电压尚未上升到SCR静电保护器件开启电压之前，此SCR静电保护器件是关闭的，而该器件所要保护的内部电路可能早已被ESD电压所破坏，得不到有效的保护。反之若开启电压过低，容易造成误触发，且现有SCR静电保护器件开启电压的电压值不易调整，这大大限制了其应用范围。

如图1所示，为常规SCR静电保护器件的等效电路图，其包括PNP三极管Q1及NPN三极管Q2，NPN三极管Q2的基极与PNP三极管Q1的集电极连接作为栅极G，NPN三极管Q2的集电极与PNP三极管Q1的基极连接，NPN三极管Q2的发射极作为阴极K，PNP三极管的发射极作为阳极A。

如图2所示，为常规SCR静电保护器件的剖面图，其包括P型衬底1，P型衬底1上并排有N阱区2及P阱区3，N阱区2中具有第一重掺杂N区4及第一重掺杂P区5，P阱区3中具有第二重掺杂N区6及第二重掺杂P区7，第二重掺杂P区7引出栅极G，第二重掺杂N区6引出阴极K，第一重掺杂P区5引出阳极A，第一重掺杂N区6作为PNP三极管基极或NPN三极管集电极。第一重掺杂P区5与N阱区2组成可控硅静电保护器件的第一PN结，N阱区2与P阱区3组成第二PN结，P阱区3与第二重掺杂N区6组成第三PN结。

阻变器件结构类似于电容器，两端为金属电极，中间为绝缘或半导体材料，阻变器件两端所加电压不同时，器件会在高阻态和低阻态之间转变。阻变器件由高阻态转变为低阻态的过程称为置位（SET），由低阻态转变为高阻态的过程称为复位（RESET）。阻变器件可以分为单极型器件和双极型器件，双极型器件高低阻态的转变与上（TE）下（BE）电极电压的极性和大小有关，当上电极电压V_TE和下电极电压V_BE差值大于预设SET电压时，阻变器件置位，由高阻态变为低阻态；当下电极电压V_BE和上电极电压V_TE差值大于预设RESET电压时，阻变器件复位，由低阻态变为高阻态。单极型阻变器件的置位和复位电压极性相同。

阻变器件也可以通过在阻变器件两端施加脉冲电压实现多电阻状态，改变脉冲数目、脉冲宽度以及脉冲幅度，就可获得阻变器件的多个电阻值，可以更好的满足电路要求，通常阻变器件的高阻态和低阻态电阻值相差三个以上数量级，两种阻态的转变时间可低至纳秒量级，置位和复位电压低。

发明内容

本发明的目的是克服目前可控硅静电保护器件只有一固定的开启电压限制了其应用范围的缺点，提供一种可控硅静电保护器件及双向可控硅静电保护器件。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，可控硅静电保护器件，包括可控硅静电保护器件本体，其特征在于，还包括阻变器件及可调电源，所述阻变器件与可调电源并联，并连接在可控硅静电保护器件本体的栅极与阴极之间。

具体的，所述阻变器件为忆阻器。

可控硅静电保护器件，包括可控硅静电保护器件本体，其特征在于，还包括阻变器件及可调电源，所述阻变器件与可调电源并联，并连接在可控硅静电保护器件本体的栅极与阳极之间。