[实用新型]一种具有高维持电流的环形VDMOS结构的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，具体涉及一种具有高维持电流的环形VDMOS结构的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

随着功率集成技术的不断发展，功率集成电路（IC）已成为众多电子产品中电路系统不可或缺的一部分。横向双扩散绝缘栅场效应管(LDMOS)和纵向双扩散金属氧化物半导体(VDMOS)功率场效应器件是上世纪末迅速发展起来的常用功率器件，它们的应用范围也愈来愈广。例如在直流电源，马达传动，显示屏驱动电路等高压、大功率电路系统中，LDMOS或VDMOS功率器件更是不可缺少的重要半导体器件。然而，在工程应用实践中，常常会因一些“偶然”因素导致电路系统功能失效或损坏。据调查，近37%的失效是因不易为人所知的静电放电(ESD)引起的，即工程师们所谓的“偶然”失效。倘若要排除这些潜在的“偶然”失效因素，就必须在高压电路或功率集成电路的被保护端口设置合适的ESD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LDMOS在智能功率IC的输出端口既用作功率驱动管，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，达不到国际电工委员会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(IEC6000-4-2)。最近几年，有人提出将VDMOS应用于高压ESD保护，与LDMOS相比，虽然VDMOS器件的ESD鲁棒性略有提高，但维持电压仍然偏低，且还存在高触发电压、低维持电压、容易进入闩锁状态的风险。本发明提供了一种新的环形VDMOS技术方案，它可构成一具有上、下、左、右四面均有电流导通路径的ESD保护器件，可提高器件导通均匀性、降低导通电阻，增大器件的维持电流，在高压ESD防护中能够快速开启，能有效避免VDMOS器件在进入闩锁状态。 

发明内容

针对现有的高压ESD防护器件中普遍存在的ESD鲁棒性弱、抗闩锁能力不足等问题，本发明实例设计了一种具有高维持电流的环形VDOMS的ESD保护器件，既充分利用了VDOMS器件能承受高压击穿的特点，又利用了器件的环形版图设计，以降低器件的导通电阻、增大维持电流。通过特殊设计的P阱、N埋层、N阱和P下沉掺杂版图层次，使器件在高压ESD脉冲作用下，具有环形结构的反向PN结击穿，形成类似四个VDMOS并联多条ESD电流泄放路径。通过综合权衡及器件版图参数的合理控制，可得到耐高压、高维持电流，低导通电阻、强鲁棒性的可适用于高压IC电路中的ESD保护器件。 

本发明通过以下技术方案实现： 

一种具有高维持电流的环形VDMOS结构的ESD保护器件，其包括具有由四个并联VDMOS构成环形结构的ESD电流导通路径，以提高维持电流和增强器件的ESD鲁棒性。其特征在于：主要由P衬底，N埋层，第一P阱，第一N阱，第二P阱，第二N阱，第三P阱，P下沉掺杂，第一P+注入区，第一N+注入区，第二N+注入区，第二P+注入区，第三N+注入区，第四N+注入区，第三P+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、第六场氧隔离区和第一多晶硅栅及其覆盖的第一薄栅氧化层、第二多晶硅栅及其覆盖的第二薄栅氧化层构成；

所述N埋层在所述P衬底的表面部分区域；

所述P衬底和所述N埋层的表面从左到右依次设有所述第一P阱、所述第一N阱、所述第二P阱、所述第二N阱及所述第三P阱；

所述N埋层与所述第一N阱的横向叠层长度必须满足ESD设计规则，所述N埋层与所述第二N阱的横向叠层长度必须满足ESD设计规则；

所述第一P阱内设有所述第一P+注入区，在所述P衬底的左侧边缘与所述第一P+注入区之间设有所述第一场氧隔离区；

所述第一N阱内设有所述第一N+注入区，所述第一P+注入区的右侧与所述第一N+注入区的左侧之间设有所述第二场氧隔离区；

所述第三场氧隔离区横跨在所述第一N阱和所述第二P阱表面部分区域，所述第三场氧隔离区的左侧与所述第一N+注入区的右侧相连；