[发明专利]一种高维持MOS辅助触发SCR结构的瞬态电压抑制器

说明书

一种高维持MOS辅助触发SCR结构的瞬态电压抑制器，属于集成电路的静电放电防护及抗浪涌领域，可用于提高芯片的抗ESD能力。该器件包括嵌入式MOS、SCR、BJT结构和金属线，其中由PNP、NPN与PMOS辅助SCR结构的正向ESD电流泄放路径，以及由NPN、PNP与NMOS辅助触发SCR结构的反向ESD电流泄放路径SD电流泄放路径，不仅具有低触发、高维持电压的小电压回滞特性，还具有强ESD鲁棒性，与单向瞬态器相比，所述瞬态电压抑制器的单位面积ESD防护能力强。

技术领域

本发明属于集成电路的静电放电防护及抗浪涌领域，涉及一种静电放电防护或抗浪涌器件，具体涉及一种高维持MOS辅助触发SCR结构的瞬态电压抑制器，可用于提高片上IC和电子产品系统的可靠性。

背景技术

随着集成制造技术与集成电路(IC)的广泛应用，便携式电子产品在日常生活中日益普及，给人们生活带来了极大的便利。然而，电子产品的高失效率及电路系统的弱稳定性问题，给当前电子工程研究及应用带来了较大的困扰。据调查，静电放电(ESD)或瞬态浪涌是造成电子产品，尤其IC失效的主要因素。又由于ESD或浪涌是自然界极易发生的常见物理现象，如电子产品或IC在生产、制造、运输、封装、测试以及系统中运行时，均有可能发生ESD或浪涌事件，导致电子产品或IC失效。美国多家公司已统计了多年来的电子产品失效或系统稳定性问题，结果表明，约70％的电子产品失效是由于ESD或浪涌事件。近年来，该问题已引起大多数电路工程师及研发人员的密切关注，并通过采用引入片上IC的ESD防护及电子系统的片外瞬态电压抑制器(TVS)等措施，提高电子产品或IC芯片的ESD防护及抗浪涌能力，增强电子系统的可靠性。因此，研究电子产品的ESD防护及抗浪涌能力，不仅具有重要的科研价值，还有利于减少国民经济损失，对促进科技进步与国家经济发展，具有十分重要的意义。

目前，在ESD防护或抗浪涌工程应用中，片外常用瞬态电压抑制器(TVS)、ZnO压敏电阻器件和聚合物器件等。片上常用二极管、三极管、MOS管和可控硅整流器(SCR)等。在一些正、负交变信号端口，普通上述单向ESD防护或抗浪涌器件，在正向电学应力作用下，器件呈正常的ESD防护或抗浪涌特性，然而在反向电学应力作用下，器件相当于一个普通二极管，漏电流较大，器件的透明性很弱，影响正常电路的工作性能，产生较大的电路功耗。因此，近年来，业内专家学者尝试设计双向ESD防护或抗浪涌方案，如双向SCR器件。以解决某些正、负交变应力端口的ESD防护问题。又由于普通双向SCR结构常具有较高的触发电压和大电压回滞幅度，存在难触发及闩锁问题。本发明通过引入MOS辅助触发SCR结构，降低器件触发电压；又通过引入PNP和NPN型BJT的嵌入式设计，提高器件的维持电压；还通过设计多ESD电流泄放路径，增强器件的ESD鲁棒性。此外，通过特殊结构设计，可在不大幅增加器件面积的前提下，实现双向ESD防护或抗浪涌功能。

发明内容

针对单向ESD防护或抗浪涌中存在的弱透明性问题及已有双向ESD防护中的高触发电压和易闩锁问题，本发明设计了一种高维持MOS辅助触发SCR结构的瞬态电压抑制器。本发明利用了SCR结构的强ESD鲁棒性优点，通过引入多重结构的嵌入式设计，形成MOS辅助触发SCR的低压触发特性和BJT的高维持特性，可实现器件在ESD正、反向应力作用下，具有相似的电学特性。可避免器件在ESD防护或抗浪涌过程中产生闩锁效应，能增强器件的单位面积ESD鲁棒性，有助于提高ESD防护或抗浪涌效率。

本发明通过以下技术方案实现：

一种高维持MOS辅助触发SCR结构的瞬态电压抑制器，其特征在于：该器件包括嵌入式MOS、SCR、BJT结构和金属线，所述瞬态电压抑制器件主要由P衬底、深N阱、N阱、P阱、第一P+注入区、第二P+注入区、第三P+注入区、第四P+注入区、第一N+注入区、第二N+注入区、第三N+注入区、第四N+注入区、第一多晶硅栅以及其覆盖的第一薄栅氧化层、第二多晶硅栅以及其覆盖的第二薄栅氧化层构成；