[发明专利]一种利用二次回滞提高维持电流的高鲁棒性SCR器件

说明书

本发明属于集成电路的静电放电(ESD：Electrostatic Discharge)保护领域，提供了一种利用二次回滞特性的提高维持电流的高鲁棒性SCR器件。该结构与传统的SCR结构相比，调换了N型阱区中N型重掺杂区和P型重掺杂区的位置，提高了在其两端产生所需压降的电流。在N型阱区中加入了额外的N型浮空重掺杂区，增加了新的NPN电流通路，提高了寄生PNP管开启所需的电流。在N型阱区中加入了N型中等掺杂区，降低寄生PNP的发射结注入效率，抑制寄生PNP和寄生NPN之间的正反馈，从而提高SCR的维持电流。高维持电流使该新型SCR器件可以在高压集成电路中提供较强的防护能力。

技术领域

本发明属于集成电路的静电放电(Electrostatic Discharge,简称ESD)保护领域，具体涉及一种ESD保护器件，尤指一种特性可控硅整流器(Silicon Control ledRectifier，简称SCR)器件，具体为一种利用二次回滞提高维持电流的高鲁棒性SCR器件。

背景技术

静电放电是自然界中普遍存在的现象，它是由电荷在不同电势的两个物体间的快速转移产生的。静电放电现象虽然对人体基本无害，但是当它发生在精密的集成电路中，瞬态的高电压和大电流可能会损伤集成电路中的元器件，干扰芯片的正常工作甚至造成不可逆的伤害。对于集成电路来说，从生产到运输、系统集成以及用户使用等过程中都很容易在集成电路的引脚上产生静电放电现象。

对于片上(on-chip)ESD防护，保护器件的工作范围受到相应工艺的ESD设计窗口的限制。传统的ESD设计窗口如图1所示，有两个电压边界条件，窗口的下限电压为1.1*VDD(VDD为芯片I/O端信号峰值或电源电压)，保护器件的触发电压V_t1和钳位电压V_h要高于此电压以避免闩锁效应以及ESD器件的误触发，且低于设计窗口的上限电压。上限电压为芯片内部电路能承受的最大电压，一般来说窗口上限电压为0.9*BVmax(BVmax通常为栅氧化层的击穿电压)。

除上述传统的ESD设计窗口外，还有基于高维持电流的ESD设计窗口，如图2所示。该设计窗口由三个边界决定，分别是1.1*VDD、0.9*BVmax和Imax(Imax为芯片正常工作时的最大电流)。在该ESD设计窗口内，保护器件的触发电压V_t1要高于下限电压以防止误触发，且低于上限电压。而钳位电压V_h1可以低于下限电压，但I_h1必须高于Imax,以避免闩锁效应。

在片上ESD防护中，最常用的3种防护器件为二极管、MOSFET和SCR。二极管具有开启速度快、结构简单等优点，但是其触发电压、ESD鲁棒性较低；MOSFET的触发电压较高，且开启后具有回滞特性，因此其ESD防护能力比二极管更高；而SCR器件开启后能在电流正反馈的作用下产生深回滞，使其保持电压较低，因此具有单位面积下最强的ESD鲁棒性。

如图3所示为传统SCR器件的结构图及等效电路,所述结构包含P型硅衬底110；所述衬底上形成一个N型阱区120和一个P型阱区130，且所述N型阱区120与所述P型阱区130相邻接；所述N型阱区120中设有一个N型重掺杂区121和一个P型的掺杂区122，且N型重掺杂区121和P型重掺杂区122与阳极相连；所述P型阱区130中设有一个N型重掺杂区131和一个P型重掺杂区132，且N型重掺杂区131和P型重掺杂区132与阴极相连。

传统SCR器件的等效电路是由一个寄生的PNP晶体管Q1、一个寄生的NPN晶体管Q2构成的。其中，P型重掺杂区122、N型阱区120、P型阱区130和P型重掺杂区132构成寄生PNP晶体管Q1；N型重掺杂区131、P型阱区130、N型阱区120和N型重掺杂区121构成寄生NPN晶体管Q2；R_NW为N型阱区120电阻，R_PW为P型阱区130电阻。