[发明专利]一种具有低压低电容触发特性的瞬态电压抑制器

说明书

一种具有低压低电容触发特性的瞬态电压抑制器，属于集成电路的静电放电防护及抗浪涌领域。主要包括：P衬底、N阱、P阱、第一P+注入区、第一N+注入区、第二P+注入区、第二N+注入区，多晶硅栅及其覆盖的薄栅氧化层、第三N+注入区和金属线。通过在SCR结构中嵌入MOS、二极管及特殊的金属布线设计，形成二极管辅助触发SCR的电流路径，以及MOS辅助触发SCR的电流路径，以降低器件的触发电压，提高器件电过应力鲁棒性。可在减小器件面积的同时，降低器件的寄生电容，增强器件的ESD、浪涌防护效能。

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ESD防护或抗浪涌器件，具体涉及一种具有低压低电容触发特性的瞬态电压抑制器，可用于提高片上IC和电子产品的可靠性。

背景技术

随着集成制造技术与集成电路的广泛应用，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，仍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。

在ESD防护或抗浪涌研究及相关应用中，二极管因其具有寄生电容小，导通电阻低等特点，常被用于低压IC的ESD或浪涌防护。普通MOS管因具有与CMOS工艺的兼容性良好及制备简单等特征，在电子工程应用领域中应用广泛。然而，在ESD防护及抗浪涌过程中，单一二极管或MOS管的电学性能较差，尤其是ESD防护及抗浪涌的鲁棒性弱，即使只要达到IEC-6100-4-2的2000V ESD防护标准，也通常需要大幅增大二极管或MOS管的面积。传统器件的ESD与浪涌防护效能较差。由于可控硅器件具有单位面积电流泄放效率高，鲁棒性较强等特点，近年来在ESD防护及抗浪涌应用中受到密切关注。但是，SCR器件存在高触发电压、低维持电压，产生的电压回滞幅度较大、容易产生闩锁效应等问题，在IC及电子产品的ESD防护及抗浪涌应用中受到较大制约。尤其在一些低压快速数据传输接口及射频电路中，上述传统器件通常具有较大的寄生电容，不仅存在误触发、易漏电等问题，还会较大影响电路的工作性能，影响数据传输性能。本发明提出了一种低压低电容触发特性的瞬态电压抑制器，一方面，在减小器件面积的同时，本发明器件不仅能实现与传统二极管辅助SCR器件的ESD防护或抗浪涌功能，还能降低器件的寄生电容，避免被保护的低压快速数据传输接口或射频电路的工作性能受到影响。另一方面，在有限面积下，本发明器件还利用了MOS辅助触发路径，提高器件的电流泄放能力，增强器件的ESD、浪涌防护效能。

发明内容

针对传统二极管、MOS和SCR结构的ESD防护及抗浪涌鲁棒性弱及寄生电容大等问题，本发明提出了一种具有低压低电容触发特性的瞬态电压抑制器，通过在SCR结构中嵌入MOS、二极管及特殊的金属布线设计，形成二极管辅助触发SCR的电流路径，以及MOS辅助触发SCR的电流路径，以降低器件的触发电压，提高器件电过应力鲁棒性。

本发明通过以下技术方案实现：

一种具有低压低电容触发特性的瞬态电压抑制器，该瞬态电压抑制器主要包括：P衬底、N阱、P阱、第一P+注入区、第一N+注入区、第二P+注入区、第二N+注入区，多晶硅栅及其覆盖的薄栅氧化层、第三N+注入区和金属线；