[发明专利]用于功率集成电路输出LDMOS器件保护的双向ESD结构

说明书

本发明公开了集成电路领域内一种用于功率集成电路输出LDMOS器件保护的双向ESD结构，包括P型衬底，P型衬底上层两侧对称设置有两个深N阱，深N阱上层由外侧至内侧依次设有第一N阱、第一P阱和第二N阱，第一N阱上层设有相对独立的第一N+注入区和第一P+注入区，第一N+注入区和第一P+注入区通过金属相连构成主电极，两个深N阱的第二N阱之间设有第二P阱，第二P阱上层设有第二N+注入区，第二N+注入区两侧部分位于第二N阱上层。本发明的用于功率集成电路输出LDMOS器件保护的双向ESD结构，通过采用对称性的结构设计，使ESD电流泄放更均匀，并延长了电流泄放路径，提高了维持电压。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及集成电路的静电保护。

背景技术

静电放电（Electrostatic Discharge，ESD）是集成电路可靠性的一项重要分支，随着集成电路制造工艺的发展与电路复杂度的提升，ESD 保护面临重大问题与挑战，相应的 ESD 保护变得更加复杂和困难。单个器件是 ESD 保护设计中的最小单元，单个器件的选择与设计直接关系到整个芯片 ESD 保护设计的成败。

ESD 现象的模型主要有四种：人体放电模型（HBM）、机械放电模型（MM）、器件充电模型（CDM）以及电场感应模型（FIM）。对一般集成电路产品来说，一般要经过人体放电模型，机械放电模型以及器件充电模型的测试。为了能够承受如此高的静电放电电压，集成电路产品通常必须使用具有高性能、高耐受力的静电放电保护器件。为了达到保护芯片抵御静电打击的目的，目前已有多种静电防护器件被提出。在集成电路中，二极管、GGNMOS、SCR等都可以用来充当ESD 保护器件，其中可控硅器件（SCR）是最具有效率的 ESD 保护器件之一。

随着功率集成电路技术的快速进展，功率集成电路的ESD保护已成为一个主要的可靠性设计问题。SCR被经常用在功率集成电路VDD和VSS之间进行ESD保护。

对于高压端口ESD保护，难点在于LDMOS ESD保护器件的设计。对于40 V LDMOS，当有异常大的ESD脉冲时，LDMOS可以工作在一次雪崩击穿后的大电流区，此时LDMOS自身属于自保护器件，但是由于横向寄生NPN晶体管Q1在ESD脉冲下有时很难开启，所以容易受ESD脉冲的冲击而损坏，为提高ESD保护能力可采取多种方法。

可控硅 （Silicon controlled rectifier – SCR）也叫晶闸管在功率器件中广泛应用，因为它可以在高阻态与低阻态之间切换，可用作电源开关，然而它同时也是十分有效的 ESD 保护器件，由于其维持电压很低，所以能够承受很高的ESD 电流，因此，SCR 天然具有高的ESD 鲁棒性。相较其他 ESD 保护器件，SCR 器件的单位面积 ESD 保护能力最强。一般SCR器件为单方向ESD 保护器件，结构如图1所示，在另外一个方向的ESD保护由寄生二极管或者并联一个二极管来完成。采用额外的二极管来进行另外一个方向的ESD保护，会增大版图面积。在一些有负电压的电路中，如果IO电压低于-0.7V，GND电压为0V，采用二极管进行反方向保护时，二极管在正常工作时就会导通，产生漏电，不能满足使用要求，必须采用双向SCR结构进行保护。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于功率集成电路输出LDMOS器件保护的双向ESD结构，满足使用需求、节省版图面积。

本发明的目的是这样实现的：一种用于功率集成电路输出LDMOS器件保护的双向ESD结构，包括P型衬底，P型衬底上层两侧对称设置有两个深N阱，深N阱上层由外侧至内侧依次设有第一N阱、第一P阱和第二N阱，第一N阱上层设有相对独立的第一N+注入区和第一P+注入区，第一N+注入区和第一P+注入区通过金属相连构成主电极，两个深N阱的第二N阱之间设有第二P阱，第二P阱上层设有第二N+注入区，第二N+注入区两侧部分位于第二N阱上层。