[发明专利]击穿电压可调节的SCR型ESD保护结构

说明书

本发明涉及一种击穿电压可调节的SCR型ESD保护结构，包括设置于同一P型衬底上的PNP管和NPN管，所述PNP管基极接所述NPN管集电极，所述PNP管(T1)集电极接所述NPN管基极，所述PNP管基极和所述NPN管集电极经第一电阻接电源阳极，所述NPN管基极和所述PNP管集电极经第二电阻接电源阴极，还包括用于调节击穿电压的稳压二极管，所述稳压二极管与所述PNP管和NPN管设置于同一P型衬底上，所述稳压二极管阳极与所述NPN管基极、所述PNP管集电极连接，所述稳压二极管阴极与所述PNP管基极和所述NPN管集电极连接。本发明能够有效提升SCR型ESD保护结构在不同环境下的适用性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种击穿电压可调节的SCR型ESD保护结构。

背景技术

现有技术中，使用最多的ESD保护结构是PN结二极管、GGNMOS、GDPMOS、SCR、NPN等结构。其中GGNMOS与GDPMOS及其衍生的GRNMOS、GCNMOS等是一种应用最广泛的ESD保护结构，但是由于其器件面积大，鲁棒性较弱，特别是在高压应用时由于耐压不足需叠加使用，导致其面积过大使设计者很难接受；NPN管做ESD保护结构在芯片中也较为常见，但是由于其触发电压和NPN管本身的集电结击穿电压紧密相关，其存在触发电压高，触发电压由工艺本身决定，不能灵活调整。

图1为常见的SCR保护结构图，可看做是两个双极管，N－WELL(N阱区)里面的P+(P+掺杂区)作为发射极，N－WELL作为基区，P－WELL(P阱区)作为集电极，这就构成了一个PNP晶体管，另一个NPN晶体管是P－WELL里面的N+(N+掺杂区)做发射极，P－WELL做基区，N－WELL做集电极，其原理图如图2所示，当SCR作为ESD保护电路时，它是作为一个两端器件被连接，阴极(Cathode)和N－WELL连接，阳极(Anode)和P－WELL连接。当N－WELL和P－WELL之间的PN结雪崩击穿才能触发SCR，当N－WELL和P－WELL发生雪崩击穿时，击穿电流流过电阻Rnwell和电阻Rpwell使PNP管和NPN管均导通形成放电回路SCR。其触发电压定义为N－well和P－well之间的雪崩击穿电压，该电压由工艺决定，不同工艺中由于Nwell、Pwell浓度不同所以击穿电压也略有不同；在CMOS工艺中SCR的电流电压曲线如图3所示。

发明内容

本发明目的在于提供一种击穿电压可调节的SCR型ESD保护结构，能够有效提升SCR型ESD保护结构在不同环境下的适用性。

实现本发明目的的技术方案：

一种击穿电压可调节的SCR型ESD保护结构，包括设置于同一P型衬底上的PNP管(T1)和NPN管(T2)，所述PNP管(T1)基极接所述NPN管(T2)集电极，所述PNP管(T1)集电极接所述NPN管(T2)基极，所述PNP管(T1)发射极接电源阳极，所述PNP管(T1)基极和所述NPN管(T2)集电极经第一电阻(Rnwell)接电源阳极，所述NPN管(T2)发射极接电源阳极，所述NPN管(T2)基极和所述PNP管(T1)集电极经第二电阻(Rpwell)接电源阴极，还包括用于调节击穿电压的稳压二极管(D3)，所述稳压二极管(D3)与所述PNP管(T1)和NPN管(T2)设置于同一P型衬底上，所述稳压二极管(D3)阳极与所述NPN管(T2)基极、所述PNP管(T1)集电极连接，所述稳压二极管(D3)阴极与所述PNP管(T1)基极和所述NPN管(T2)集电极连接。

进一步地，P型衬底上方设有N阱区(10)和P阱区(11)，N阱区(10)内的上部设有第三N+掺杂区(02)，P阱区(11)内的上部设有第二P+掺杂区(03)，所述N阱区(10)作为稳压二极管(D3)的阴极，所述第三N+掺杂区(02)作为所述稳压二极管(D3)的阴极欧姆接触引出端；所述P阱区(11)作为所述稳压二极管(D3)的阳极，所述第二P+掺杂区(03)作为稳压二极管(D3)的阳极欧姆接触引出端。

进一步地，通过改变第三N+掺杂区(02)与N阱区(10)端部的间距(S)调节稳压二极管(D3)的击穿电压。