[发明专利]一种具有高维持电流强鲁棒性的LDMOS-SCR结构的ESD自保护器件

说明书

技术领域

本发明属于集成电路的静电放电保护领域，涉及一种高压ESD保护器件，具体涉及一种具有高维持电流强鲁棒性的LDMOS-SCR结构的ESD自保护器件，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）应用范围也愈来愈广。横向双扩散绝缘栅场效应管(LDMOS)是上世纪末迅速发展起来不可缺少的的功率器件，在直流电源，马达传动，汽车电子等高压、大功率电路系统中有广泛的应用。然而，随着半导体功率集成工艺的快速发展，在工程应用实践中，功率集成电路遭受ESD的危害越来越严重，据调查，近37%的失效是由ESD引起的，因此，设计既具有高可靠性、强鲁棒性、强抗闩锁能力，又具有高效能比的高压ESD保护器件，是整个电路系统设计中的一大技术难点。

近年来，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自防护器件。然而，实践证明，LDMOS器件的ESD保护性能较差，在高压ESD脉冲的作用器件一旦触发回滞，就遭到损坏，ESD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SCR内嵌LDMOS构成LDMOS-SCR结构的器件，用于高压ESD保护，与普通LDMOS器件相比，虽然LDMOS-SCR器件的ESD鲁棒性显著提高，但维持电压或者维持电流仍然较低，器件容易进入闩锁状态。本发明提供了一种新的LDMOS-SCR结构的ESD自保护器件方案，它一方面可构成LDMOS-SCR结构的电流泄放路径，不仅可以提高器件在有限版图面积下的耐电压能力，还能提高电流泄放效率，从而增强器件的ESD鲁棒性。另一方面器件在触发回滞后通过设计的两个二极管与LDMOS导电沟道相连的ESD电流泄放路径，不但能大幅提高器件的维持电流，避免进入闩锁状态，而且也能进一步增强器件的ESD鲁棒性。

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强鲁棒性LDMOS-SCR结构的ESD自保护器件，既充分利用了LDOMS器件能承受高压击穿的特点，又利用了器件通过特殊设计的P+注入、N阱、P阱和N+注入的版图层次，使器件在高压ESD脉冲作用下，形成SCR结构的ESD电流泄放路径，提高二次失效电流。同时通过综合权衡及合理控制寄生二极管与LDMOS导电沟道等相关版图参数，可得到耐高压、高维持电流、强鲁棒性的可适用于高压IC电路的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强鲁棒性的LDMOS-SCR结构的ESD自保护器件，其包括具有两条寄生SCR结构和两个二极管与LDMOS导电沟道相连接的ESD电流泄放路径，以增强器件的ESD鲁棒性和提高维持电流。其特征在于：主要由P衬底、P阱、N阱、第一P+注入区、第一N+注入区、第二P+注入区、第三P+注入区、第二N+注入区、第一场氧隔离区、薄栅氧化层、第二场氧隔离区、第三场氧隔离区、第三场氧隔离区和多晶硅栅构成；

在所述P衬底的表面区域内从左到右依次设有所述P阱和所述N阱；

所述P阱的表面区域内从左到右依次设计所述第一场氧隔离区、所述第一P+注入区、所述第一N+注入区、所述第二P+注入区；

所述第一场氧隔离区的左侧边缘与所述P衬底的左侧边缘相连，所述第一场氧隔离区的右侧与所述第一P+注入区的左侧相连，所述第一P+注入区的右侧与所述第一N+注入区的左侧相连，所述第一P+注入区的右侧与所述第一N+注入区的左侧之间可以直接相连，也可以根据不同ESD保护的需求设定场氧隔离或浅隔离槽隔离，所述第一N+注入区的右侧与所述第二P+注入区的左侧相连，所述第一N+注入区的右侧与所述第二P+注入区的左侧可以直接相连，也可以保持某一定值的横向间距，但必须保证所述第一N+注入区的右侧与所述第二P+注入区的左侧之间必须不能有场氧隔离或浅隔离槽隔离；

所述N阱表面部分区域内依次设有所述第二场氧隔离区、所述第三P+注入区、所述第三场氧隔离区、所述第二N+注入区和所述第四场氧隔离区；

所述多晶硅栅覆盖在所述薄栅氧化层和部分所述第二场氧隔离区的表面部分区域，所述多晶硅栅及其覆盖的所述薄栅氧化层和所述第二场氧隔离区横跨在所述P阱和所述N阱的表面部分区域，且所述第二P+的右侧与所述多晶硅栅及其覆盖的所述薄栅氧化层相连，所述第二场氧隔离区的右侧与所述第三P+注入区的左侧相连；