[实用新型]一种双向衬底触发的高压ESD保护器件

摘要

一种双向衬底触发的高压ESD保护器件，可用于片上IC高压ESD保护电路。主要由衬底Psub，高压深N阱，N阱，轻掺杂的P型漂移区，高掺杂的第一N+注入区，第一P+注入区，第二N+注入区，第二P+注入区，第三N+注入区，第三P+注入区，多晶硅栅，栅薄氧化层以及若干场氧隔离区构成。该保护器件可以在正、反向ESD高压脉冲作用下，高压N阱或N阱与衬底界面处的反向PN结被触发导通，促使内部SCR与LDMOS两结构同时工作，形成ESD电流泄放路径，以提高器件的二次击穿电流，降低导通电阻。通过拉升LDMOS器件的沟道长度、内部结构设计及其版图层次的优化，以提高器件的维持电压，实现高性能的ESD保护。

主权项

一种双向衬底触发的高压ESD保护器件，其特征在于：主要由衬底Psub(101)，高压深N阱(102)，第一N阱(103)，轻掺杂的P型漂移区(104)，第二N阱(105)，第一场氧隔离区(112)、第二场氧隔离区(113)、第三场氧隔离区(114)、第四场氧隔离区(115)、第五场氧隔离区(116)、第六场氧隔离区(117)、第七场氧隔离区(118)和高掺杂的第一N+注入区(106)、第一P+注入区(107)、第二N+注入区(108)、第二P+注入区(109)、第三N+注入区(110)及第三P+注入区(111)，多晶硅栅(119)及其覆盖的栅薄氧化层(120)构成； 所述衬底Psub(101)上从左到右依次设有所述高压深N阱(102)和所述第二N阱(105)； 所述高压深N阱(102)上从左到右依次设有所述第一N阱(103)和所述第二N+注入区(108)，所述高压深N阱(102)的N型杂质离子浓度在N型导电类型的器件版图层次中最低，所述第一N+注入区(106)、所述第二N+注入区(108)和所述第三N+注入区(110)的N型杂质离子浓度相同，且在N型导电类型的器件版图层次中最高； 所述第一N阱(103)上从左到右依次设有所述第一场氧隔离区(112)、所述第一N+注入区(106)、所述第二场氧隔离区(113)及所述第一P+注入区(107)； 所述第一P+注入区(107)与所述第二N+注入区(108)之间设有所述第三场氧隔离区(114)； 所述第二N阱(105)上从左到右依次设有所述轻掺杂的P型漂移区(104)、所述第三N+注入区(110)、所述第五场氧隔离区(116)及所述第三P+注入区(111)和所述第六场氧隔离区(117)； 所述轻掺杂的P型漂移区(104)上设有所述第二P+注入区(109)，所述第二N+注入区(108)与所述第二P+注入区(109)之间设有所述第七场氧隔离区(118)、所述多晶硅栅(119)和所述栅薄氧化层(120)，所述第七场氧隔离区(118)左侧部分位于所述高压N阱(102)的表面部分区域上，所述第七场氧隔离区(118)右侧部分位于所述多晶硅栅(119)的表面部分区域上，所述多晶硅栅(119)覆盖了全部的所述栅薄氧化层(120)，所述栅薄氧化层(120)横跨在所述高压深N阱(102)，所述衬底Psub(101)和所述第二N阱(105)的表面部分区域上； 所述第二P+注入区(109)与所述第三N+注入区(110)之间设有所述第四场氧隔离区(115)； 所述第一N+注入区(106)、所述第一P+注入区(107)、所述第二N+注入区(108)分别与金属层1的第一金属层(221)、第二金属层(222)、第三金属层(223)相连接，金属层1的所述第一金属层(221)、所述第二金属层(222)、所述第三金属层(223)与金属层2的第四金属层(228)相连接，并从金属层2的所述第四金属层(228)引出一电极(229)，用作器件的阳极；所述第二P+注入区(109)、所述第三N+注入区(110)、所述第三P+注入区(111)分别与金属层1的第五金属层(225)、第六金属层(226)、第七金属层(227)相连接，金属层1的所述第五金属层(225)、所述第六金属层(226)、所述第七金属层(227)与金属层2的第八金属层(230)相连接，并从金属层2的所述第八金属层(230)引出一电极(231)，用作器件的阴极；所述多晶硅栅(119)通过金属层1的第九金属层(224)引出一电极(232)，用作器件的栅极。 当正向高压ESD脉冲作用于器件所述阳极，器件所述阴极与所述栅极相连并接地时，所 述第二N+注入区(108)、所述第三N+注入区(110)、所述部分高压深N阱(102)分别相当于LDMOS的漏区、源区及漂移区，所述高压深N阱(102)与所述第二N阱(105)之间所述衬底Psub(101)的长度相当于LDMOS的沟道，不仅能形成LDMOS结构的ESD电流泄放路径，还能形成一条由所述第一P+注入区(107)、所述第一N阱(103)、所述高压深N阱(102)、所述衬底Psub(101)、所述第二N阱(105)及所述第三N+注入区(110)构成的SCR结构的ESD电流泄放路径，以提高器件的二次击穿电流，降低导通电阻； 当反向高压脉冲作用于器件，即器件所述阳极与所述栅极相连并接地，器件所述阴极接高电位时，不仅可形成由所述第三N+注入区(110)、所述第二N阱(105)、所述轻掺杂的P型漂移区(104)、所述高压N阱(102)、及所述高压深N阱(102)与所述第二N阱(105)之间的所述衬底Psub(101)和所述第二N+注入区(108)构成一LDMOS结构的电流泄放路径，还能形成可由所述第二P+注入区(109)、所述第三P+注入区(111)、所述第二N阱(105)、所述衬底Psub(101)与所述第二N+注入区(108)、所述第一N+注入区(106)形成两条SCR结构的ESD电流泄放路径，以提高器件的二次击穿电流，降低导通电阻。