[发明专利]一种用于中压集成电路的片上双向静电防护装置

说明书

本发明提供一种用于中压集成电路的片上双向静电防护装置，包括一个以上DDGCSCR器件，所述DDGCSCR表示双向对称型SCR，每个DDGCSCR器件在结构上左右对称，相等大小电流从阳极和阴极流入DDGCSCR器件时，电学特性一致；每个DDGCSCR器件包括P型衬底、深N阱、第一P阱、N阱和第二P阱，所述P型衬底上设置深N阱，第一P阱和第二P阱分别和N阱相邻，所述第一P阱内从左至右依次设有第一P+注入区、第一N+注入区和第二N+注入区；所述第一N+注入区和第二N+注入区之间的表面设有第一栅氧结构；所述N阱和第一P阱之间设有第一桥状P+注入区，所述第二P阱与第一P阱结构对称设置。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路芯片上静电放电防护技术领域，具体涉及一种具有较低触发电压、高鲁棒性、闩锁免疫的双向导通型静电防护(ESD)结构装置。

背景技术

随着半导体工业技术不断提高，业内对于产品的可靠性评估更加严格，静电防护测试已成为集成电路可靠性评估过程中重要一环。因此，片上静电防护单元的可靠性、实用性、及制造成本将对整个集成电路产业影响深远。为实现集成电路的全芯片静电防护，被防护芯片中所有输入/输出(I/O)、电源和地之间均需要设计可提供静电电流泄放的通路。

目前工业界普遍采用RC触发检测电路作为电源到地之间的电压钳位ESD防护装置，然而，所述RC触发检测电路中所采用的电阻、电容及泄放静电所需的MOS管所占用的版图面积巨大；既增大了芯片的设计成本，也压缩了内部电路的设计空间。

对于I/O和地之间、I/O与I/O之间的防护单元，如果采用二极管或GGNM0S结构。在实现对高压工艺制造的芯片的ESD防护过程中，由于这类芯片的工作电压通常比较高，可达到20V-40V甚至更高，远大于内部电路栅氧化层的失效电压，因此无法实现有效的ESD防护。

一种在单位面积内具有极高鲁棒性的可控硅整流器件(SCR)逐渐被应用。但是，常规的可控硅整流器件的触发电压过高、维持电压过低。在中压静电防护应用中，该类器件无法实现防护开启，并且容易引发电路闩锁事件。并且，为了实现两个端口之间的ESD防护，通常需要设计两个独立的ESD防护单元作为双向防护，这将消耗大量的版图面积和设计成本。

针对上述问题，一些优化型的双向设计被公开，具体如下：

2001年，一种双向SCR结构(DDSCR)在Albert Z.H.Wang的论文“On a Dual-Polarity On-Chip Electrostatic Discharge Protection Structure”(IEEETransactions on Electron Devices，2001)中首次被提出，利用三阱结构将传统的单向SCR器件改进为双向SCR器件，减少了两个端口之间ESD防护单元的个数，优化了传统双向ESD防护策略的设计面积和制造成本。但该DDSCR器件的双向触发电压都非常高，且维持电压极低，无法满足集成电路ESD防护的设计窗口。

随后，在Zhiwei Liu的论文“An Improved Bidirectional SCR Stucture forLow-Triggering ESD Protection Applications”(IEEE Electron Devices Letter，2008)中公开了一种改进型的双向SCR器件(DDMLSCR)，该方案在传统DDSCR中插入了两段桥状P+注入区，有效解决了传统DDSCR触发电压过高问题。然而，该方案仍然存在维持电压过低的问题，因此难以在中压集成电路的ESD防护中应用。