【发明授权】静电保护器件_湖南大学_201810502074.3 

申请/专利权人:湖南大学

申请日:2018-05-23

发明/设计人:陈卓俊;曾云;彭伟;金湘亮;吴志强

公开(公告)日:2020-10-23

代理机构:北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)

公开(公告)号:CN108807370B

代理人:何世磊

主分类号:H01L27/02(20060101)

地址:410082 湖南省长沙市岳麓区麓山南路麓山门

分类号:H01L27/02(20060101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2020.10.23#授权;2018.12.07#实质审查的生效;2018.11.13#公开

摘要:本发明提供一种静电保护器件,包括衬底、在所述衬底内设有深N阱,在深N阱内从左到右依次设有第一N阱、第一P阱以及第二N阱,第一N阱内从左到右依次设有第一N+注入区以及第一P+注入区,第一P阱内依次设有第二N+注入区、第二P+注入区以及第三N+注入区,第二N阱内依次设有第三P+注入区以及第四N+注入区,第一N+注入区以及第一P+注入区均与阳极相连,第三P+注入区以及第四N+注入区均与阴极相连,静电保护器件的形状为轴对称的八边形。本发明提出的静电保护器件,可提高维持电压,增强ESD鲁棒性。

主权项:1.一种静电保护器件,其特征在于,包括衬底、在所述衬底内设有深N阱,在所述深N阱内从左到右依次设有第一N阱、第一P阱以及第二N阱,所述第一N阱内从左到右依次设有第一N+注入区以及第一P+注入区,所述第一P阱内依次设有第二N+注入区、第二P+注入区以及第三N+注入区,所述第二N阱内依次设有第三P+注入区以及第四N+注入区,所述第一N+注入区以及所述第一P+注入区均与阳极相连,所述第三P+注入区以及所述第四N+注入区均与阴极相连,所述第一N阱、所述第一P阱以及所述第二N阱组成第一NPN晶体管,所述第二N阱、所述第一P阱以及所述第一N阱组成第二NPN晶体管,所述第一N阱、所述第一P阱以及所述第一N+注入区组成第三NPN晶体管,所述静电保护器件的形状为轴对称的八边形。

全文数据:静电保护器件技术领域[0001]本发明涉及集成电路静电防护技术领域,特别是涉及一种静电保护器件。背景技术[0002]在集成电路的各个环节中,都有可能产生电荷的累积。在一定的条件下,电荷会发生转移,瞬间通过的大电流有可能超过器件的临界值而导致芯片烧毁。统计数据表明:静电放电®lectroStaticDischarge,ESD是集成电路失效的最主要原因,特别在功率集成电路中表现得更为突出。因此静电放电问题成为设计者最需关注的问题。[0003]为了削减集成电路中因静电释放所造成的经济损失,最为有效的方法是对集成电路的各个输入、输出端口设计相应的高效能比的ESD保护器件。目前针对常规低压工艺的ESD保护措施相对已经较为成熟,常用的ESD保护器件结构包括二极管、双极型晶体管、栅极接地匪0S管以及SCR器件。SCR器件因具有较高的品质,被认为是ESD保护效率最高的器件。ESD保护器件在应用中,需要在满足鲁棒性标准的同时,保证维持电压高于被保护电路的工作电压。[0004]然而,现有的静电保护器件,在实际应用中,难以保证较高的维持电压,在一定程度上影响了实际应用。发明内容[0005]鉴于上述状况,本发明的目的是为了解决现有技术中,现有的静电保护器件难以保证较高的维持电压,在一定程度上影响了实际应用的问题。[0006]本发明提出一种静电保护器件,其中,包括衬底、在所述衬底内设有深N阱,在所述深N阱内从左到右依次设有第一N阱、第一P阱以及第二N阱,所述第一N阱内从左到右依次设有第一N+注入区以及第一P+注入区,所述第一p阱内依次设有第二N+注入区、第二P+注入区以及第三N+注入区,所述第二N阱内依次设有第三P+注入区以及第四N+注入区,所述第一N+注入区以及所述第一P+注入区均与阳极相连,所述第三P+注入区以及所述第四N+注入区均与阴极相连,所述第一N阱、所述第一P阱以及所述第二N阱组成第一NPN晶体管,所述第二N阱、所述第一P阱以及所述第一N阱组成第二NPN晶体管,所述第一N阱、所述第一P阱以及所述第一N+注入区组成第三NPN晶体管,所述静电保护器件的形状为轴对称的八边形。[0007]本发明提出的静电保护器件,由于第三NPN晶体管的基极和集电极与第一NPN晶体管的基极短接,第一NPN晶体管与第三NPN晶体管的集电极短接,因此对主通路的SCR结构产生钳位作用,可提高维持电压;此外,由于本发明提出的静电保护器件的形状为轴对称的八边形,且为紧密排布结构,将阴极与阳极分别置于两个不同的八边形结构中,保证了正向与反向的静电泄放能力相同,充分利用了面积,在多个方向均可泄放电流,具有较强的ESD鲁棒性。[0008]另外,本发明提出的静电保护器件,还可以具有如下附加的技术特征:[0009]所述静电保护器件,其中,所述第二N+注入区、所述第二P+注入区以及所述第三N+注入区之间相互连接。[0010]所述静电保护器件,其中,所述第一P+注入区与所述第二N+注入区之间,以及所述第三N+注入区与所述第三p+注入区之间均嵌入LDM0S结构。[0011]所述静电保护器件,其中,所述第一P+注入区、所述第一N阱以及所述第一P阱组成第一PNP晶体管。[0012]所述静电保护器件,其中,所述第三P+注入区、所述第二N阱以及所述第一P阱组成第二PNP晶体管。[0013]所述静电保护器件,其中,所述第二N阱、所述第一P阱以及所述第三N+注入区组成第四NPN晶体管。[0014]所述静电保护器件,其中,所述高压静电防护器件从阳极到阴极包括两条静电泄放路径,第一条路径为所述第一P+注入区、所述第一N阱、所述第一P阱、所述第二N阱以及所述第四N+注入区,第二条路径为所述第一P+注入区、所述第一N阱、所述第一P阱、所述第二P+注入区、所述第三N+注入区、所述第一P阱、所述第二N阱以及所述第四N+注入区。[0015]所述静电保护器件,其中,所述高压静电防护器件从阴极到阳极包括两条静电泄放路径,第一条路径为所述第三P+注入区、所述第二N讲、所述第一P阱、所述第一N讲以及所述第一N+注入区,第二条路径为所述第三P+注入区、所述第二N阱、所述第一P阱、所述第二P+注入区、所述第二N+注入区、所述第一P阱、所述第一N阱以及所述第一N+注入区。[0016]所述静电保护器件,其中,所述衬底为P型衬底。附图说明[0017]图1为现有技术中高压双向静电防护器件的剖面图;[0018]图2为图1所示的高压双向静电防护器件的半边等效电路图;[0019]图3为本发明一实施例提出静电防护器件的剖面图;[0020]图4为图3所示的静电防护器件的半边等效电路图;[0021]图5为图3所示的静电防护器件的共质心版图;[0022]图6为图3所示的静电防护器件的阴极阳极完全对称版图。具体实施方式[0023]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。[0024]需要说明的是,当元件被称为“固设于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。[0025]在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。[0026]现有的静电保护器件,在实际应用中,难以保证较高的维持电压,在一定程度上影响了实际应用。请参阅图1与图2,现有的八边形版图的静电保护器件,将阳极放在最内层,阴极放在外层,此类原子壳2P结构不具备对称性,使得正向与反向静电泄放能力不一致,且无法提供较高的维持电压。[0027]为了解决这一技术问题,本发明提出一种静电保护器件,请参阅图3至图6,对于本发明提出的静电保护器件,其中,包括衬底100,其中在本实施例中,上述的衬底为p型衬底。其中,在上述的衬底100内设有深N阱200。在上述的深N阱200内从左到右依次设有第一N阱300、第一P阱301以及第二N阱302。[0028]其中,在上述的第一N阱300内从左到右依次设有第一N+注入区400以及第一P+注入区401。在上述的第一P阱301内依次设有第二N+注入区402、第二P+注入区403以及第三N+注入区404。在上述的第二N阱302内依次设有第三P+注入区405以及第四N+注入区406。[0029]从图3中可以看出,上述的第一N+注入区400以及第一P+注入区401均与阳极相连,上述的第三P+注入区405以及第四N+注入区406均与阴极相连。与此同时,第二N+注入区402、第二P+注入区403以及第三N+注入区404之间相互连接。在第一P+注入区401与第二N+注入区402之间嵌有第一LDM0S器件500,在第三N+注入区404与第三P+注入区405之间均嵌有第二LDM0S器件501。[0030]对于本发明提出的静电保护器件,内包含有多个NPN型晶体管,具体为:第一N阱3〇0、第一P阱301与第二N阱3〇2组成第一NPN晶体管Qnl;第二N阱302、第一P阱301与第一N阱300组成第二NPN晶体管Qn2;第一N阱300、第一P阱301与第一N+注入区400组成第三NPN晶体管Qn3;第二N阱3〇2、第一P阱301与第三N+注入区404组成第四NPN晶体管Qn4。此外,本发明提出的静电保护器件还包括多个PNP型晶体管,具体为:第一P+注入区401、第一N阱300与第一P阱3〇1组成第一PNP晶体管Qpl。第三P+注入区405、第二N阱302与第一P阱301组成第二PNP晶体管QP2。[0031]在实际作业时,本发明提出的高压静电防护器件,从阳极到阴极存在两条静电泄放路径:(1第一条路径为:第一P+注入区401、第一N阱300、第一P阱301、第二N阱302以及第四N+注入区4〇6;⑵第二条路径为:第一P+注入区401、第一N阱300、第一P阱301、第二P+注入区403、第三N+注入区404、第一P阱301、第二邮弁302以及第四N+注入区406。[0032]从阴极到阳极,同样存在两条静电泄放路径:(1第一条路径为:第三P+注入区405、第二N阱302、第一P阱301、第一N阱300以及第一N+注入区400;2第二条路径为:第三P+注入区4〇5、第二N阱3〇2、第一P阱300、第二P+注入区403、第二N+注入区402、第一P阱301、第一N阱300以及第一N+注入区400。在此还需要指出的是,本所述静电保护器件的形状为轴对称的八边形。[0033]本发明提出的静电保护器件,由于第三NPN晶体管的基极和集电极与第一NPN晶体管的基极短接,第一NPN晶体管与第三NPN晶体管的集电极短接,因此对主通路的SCR结构产生钳位作用,可提高维持电压;此外,由于本发明提出的静电保护器件的形状为轴对称的八边形,且为紧密排布结构,将阴极与阳极分别置于两个不同的八边形结构中,保证了正向与反向的静电泄放能力相同,充分利用了面积,在多个方向均可泄放电流,具有较强的ESD鲁棒性。[0034]以上所述实施例仅表达了本发明的首选实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

权利要求:1.一种静电保护器件,其特征在于,包括衬底、在所述衬底内设有深N阱,在所述深N阱内从左到右依次设有第一N阱、第一P阱以及第二N阱,所述第一N阱内从左到右依次设有第一N+注入区以及第一P+注入区,所述第一P阱内依次设有第二N+注入区、第二P+注入区以及第三N+注入区,所述第二N阱内依次设有第三P+注入区以及第四N+注入区,所述第一N+注入区以及所述第一P+注入区均与阳极相连,所述第三P+注入区以及所述第四N+注入区均与阴极相连,所述第一N阱、所述第一P讲以及所述第二N讲组成第一NPN晶体管,所述第二N讲、所述第一p阱以及所述第一N阱组成第二NPN晶体管,所述第一N阱、所述第一P阱以及所述第一N+注入区组成第三NPN晶体管,所述静电保护器件的形状为轴对称的八边形。2.根据权利要求1所述的静电保护器件,其特征在于,所述第二N+注入区、所述第二P+注入区以及所述第三N+注入区之间相互连接。3.根据权利要求2所述的静电保护器件,其特征在于,所述第一P+注入区与所述第二N+注入区之间,以及所述第三N+注入区与所述第三P+注入区之间均嵌入LDM0S结构。4.根据权利要求1所述的静电保护器件,其特征在于,所述第一P+注入区、所述第一N讲以及所述第一P阱组成第一PNP晶体管。5.根据权利要求4所述的静电保护器件,其特征在于,所述第三P+注入区、所述第二N讲以及所述第一P阱组成第二PNP晶体管。6.根据权利要求5所述的静电保护器件,其特征在于,所述第二N阱、所述第一P讲以及所述第三N+注入区组成第四NPN晶体管。7.根据权利要求3所述的静电保护器件,其特征在于,所述高压静电防护器件从阳极到阴极包括两条静电泄放路径,第一条路径为所述第一P+注入区、所述第一N阱、所述第一P阱、所述第二N阱以及所述第四N+注入区,第二条路径为所述第一P+注入区、所述第一N阱、所述第一P讲、所述第二?+注入区、所述第三N+注入区、所述第一聊、所述第二晒1以及所述第四N+注入区。8.根据权利要求3所述的静电保护器件,其特征在于,所述高压静电防护器件从阴极到阳极包括两条静电泄放路径,第一条路径为所述第三P+注入区、所述第二N阱、所述第一P阱、所述第一N阱以及所述第一N+注入区,第二条路径为所述第三P+注入区、所述第二N阱、所述第一P阱、所述第二P+注入区、所述第二N+注入区、所述第一?讲、所述第—N讲以及所述第一N+注入区。9.根据权利要求1所述的静电保护器件,其特征在于,所述衬底为衬底。

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