一種堆疊scr-ldmos的高壓esd保護(hù)電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種堆疊SCR-LDMOS的高壓ESD保護(hù)電路，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】。包括1個(gè)NLDMOS、1個(gè)電阻232和N個(gè)SCR-LDMOS堆疊單元，所述SCR-LDMOS堆疊單元包括一個(gè)SCR-LDMOS器件和一個(gè)觸發(fā)電阻，其中N≥2，襯底上還有(N+2)個(gè)P型重?fù)诫s區(qū)作為保護(hù)環(huán)接地。該電路通過(guò)LDMOS的擊穿觸發(fā)堆疊SCR-LDMOS，在不提高觸發(fā)電壓的同時(shí)，采用堆疊的SCR-LDMOS提高了維持電壓。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種堆疊SCR-LDMOS的高壓ESD保護(hù)電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及半導(dǎo)體集成電路芯片的靜電釋放(Electrostatic Discharge,簡(jiǎn)稱(chēng)為ESD)保護(hù)電路設(shè)計(jì)技術(shù),尤指一種橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 LDMOS (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,簡(jiǎn)稱(chēng) LDMOS)觸發(fā)堆疊 SCR-LDMOS(內(nèi)嵌 LDMOS 的 Silicon Controlled Rectifier,簡(jiǎn)稱(chēng)SCR-LDM0S)的高壓ESD保護(hù)電路。

【背景技術(shù)】
[0002]芯片生產(chǎn)、封裝、測(cè)試、存放、搬運(yùn)過(guò)程中，靜電釋放(Electrostatic Discharge,簡(jiǎn)稱(chēng)為ESD)作為一種不可避免的自然現(xiàn)象而普遍存在。隨著集成電路工藝特征尺寸的減小和各種先進(jìn)工藝的發(fā)展，芯片被ESD現(xiàn)象損毀的情況越來(lái)越普遍，有關(guān)研究調(diào)查表明，集成電路失效產(chǎn)品的30%都是由于遭受靜電放電現(xiàn)象所引起的。因此，使用高性能的ESD防護(hù)器件對(duì)芯片內(nèi)部電路加以保護(hù)顯得十分重要。
[0003]SCR-LDM0S是最常見(jiàn)的ESD保護(hù)器件之一，與普通SCR —樣，具有抗ESD能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。圖1為傳統(tǒng)的SCR-LDMOS ESD保護(hù)器件，如圖1所示，包括:P型襯底101和高壓N型阱區(qū)102，P型阱區(qū)103，兩個(gè)P型重?fù)诫s區(qū)105和107，兩個(gè)N型重?fù)诫s區(qū)104和106，場(chǎng)氧108，柵氧109和多晶硅110。高壓N型阱區(qū)102位于P型襯底101之上，第一 N型重?fù)诫s區(qū)104、第一 P型重?fù)诫s區(qū)105和P型阱區(qū)103位于高壓N型阱區(qū)102之上。且第一 P型重?fù)诫s區(qū)105位于第一 N型重?fù)诫s區(qū)104和P型阱區(qū)103之間，第二 N型重?fù)诫s區(qū)106和第二 P型重?fù)诫s區(qū)107位于P型阱區(qū)103之上，第二 N型重?fù)诫s區(qū)106位于第一 P型重?fù)诫s區(qū)105和第二 P型重?fù)诫s區(qū)107之間，場(chǎng)氧108、多晶硅110和柵氧109組成柵極。其內(nèi)部寄生結(jié)構(gòu)包含一個(gè)寄生PNP三極管Q1 (由第一 P型重?fù)诫s區(qū)105、高壓N型阱區(qū)102和P型阱區(qū)103組成)、一個(gè)寄生NPN三極管Q2 (由第二 N型重?fù)诫s區(qū)106、P型阱區(qū)103和高壓N型阱區(qū)102組成)以及高壓N型阱區(qū)102上第一 P型重?fù)诫s區(qū)105和第一 N型重?fù)诫s區(qū)104之間的等效襯底電阻R。第一 P型重?fù)诫s區(qū)105和第一 N型重?fù)诫s區(qū)104接陽(yáng)極，第二P型重?fù)诫s區(qū)107和第二 N型重?fù)诫s區(qū)106接陰極，多晶硅110接?xùn)艠O。當(dāng)陽(yáng)極接VDD時(shí)，如果多晶硅柵極加電壓，第二 N型重?fù)诫s區(qū)106和高壓N型阱區(qū)102之間的P型阱區(qū)103會(huì)形成溝道，電流將會(huì)經(jīng)過(guò)襯底電阻R，流向陽(yáng)極的第一 N型重?fù)诫s區(qū)104，當(dāng)電流足夠大時(shí)，加在電阻R上的壓降使得等效三極管Q1的發(fā)射結(jié)正偏，從而開(kāi)啟三極管Q1，而Q1的集電極電流將為Q2的基極提供電流，Q2導(dǎo)通后其集電極電流將為Q1提供基極電流，最終Qp Q2形成正反饋，SCR結(jié)構(gòu)導(dǎo)通以泄放ESD電流。
[0004]SCR-LDM0S相對(duì)于LDMOS的優(yōu)點(diǎn)是，開(kāi)啟后工作在SCR模式下，電流將從寄生的SCR流過(guò)，大大增加了 ESD泄放能力。但傳統(tǒng)SCR-LDM0S也有其不足，即維持電壓很低，作為高壓ESD保護(hù)器件時(shí)，容易發(fā)生latch-up (閂鎖效應(yīng))現(xiàn)象。SCR-LDM0S由于其非常低的維持電壓導(dǎo)致了其在用作電源鉗位時(shí)容易發(fā)生latch-up現(xiàn)象，電源持續(xù)放電，最終燒壞器件。
[0005]研究表明，通過(guò)堆疊SCR-LDMOS可以有效提高維持電壓，從而改善latch-up現(xiàn)象，圖2為常規(guī)的兩個(gè)SCR-LDMOS堆疊的結(jié)構(gòu)，包括P型襯底101、第一高壓N型阱區(qū)102、第二高壓N型阱區(qū)111、第一 P型阱區(qū)103、第二 P型阱區(qū)112、第一 P型重?fù)诫s區(qū)120、第二 P型重?fù)诫s區(qū)105、第三P型重?fù)诫s區(qū)107、第四P型重?fù)诫s區(qū)121、第五P型重?fù)诫s區(qū)114、第六P型重?fù)诫s區(qū)116、第七P型重?fù)诫s區(qū)122、第一 N型重?fù)诫s區(qū)104、第二 N型重?fù)诫s區(qū)106、第三N型重?fù)诫s區(qū)113、第四N型重?fù)诫s區(qū)115、第一多晶娃110、第二多晶娃119、第一場(chǎng)氧108、第二場(chǎng)氧117、第一柵氧109、第二柵氧118 ;第一 P型重?fù)诫s區(qū)120、第一高壓N型阱區(qū)
102、第四P型重?fù)诫s區(qū)121、第二高壓N型阱區(qū)111、第七P型重?fù)诫s區(qū)122位于P型襯底101之上，其中第一高壓N型阱區(qū)102位于第一 P型重?fù)诫s區(qū)120和第四P型重?fù)诫s區(qū)121之間，第二高壓N型阱區(qū)111位于第四P型重?fù)诫s區(qū)121和第七P型重?fù)诫s區(qū)122之間；第一 N型重?fù)诫s區(qū)104、第二 P型重?fù)诫s區(qū)105、第一 P型阱區(qū)103位于第一高壓N型阱區(qū)102之上，第二 N型重?fù)诫s區(qū)106和第三P型重?fù)诫s區(qū)107位于第一 P型阱區(qū)103之上，其中，第二 P型重?fù)诫s區(qū)105位于第一 N型重?fù)诫s區(qū)104和第二 N型重?fù)诫s區(qū)106之間，第二 N型重?fù)诫s區(qū)106位于第二 P型重?fù)诫s區(qū)105和第三P型重?fù)诫s區(qū)107之間；第三N型重?fù)诫s區(qū)113、第五P型重?fù)诫s區(qū)114和第二 P型阱區(qū)112位于第二高壓N型阱區(qū)111之上，第四N型重?fù)诫s區(qū)115和第六P型重?fù)诫s區(qū)116位于第二 P型阱區(qū)112之上，第五P型重?fù)诫s區(qū)114位于第三N型重?fù)诫s區(qū)113和第四N型重?fù)诫s區(qū)115之間，第四N型重?fù)诫s區(qū)115位于第五P型重?fù)诫s區(qū)114和第六P型重?fù)诫s區(qū)116之間。其中，第一 N型重?fù)诫s區(qū)104和第二 P型重?fù)诫s區(qū)105組成了 SCR-LDM0S1的陽(yáng)極，第二 N型重?fù)诫s區(qū)106和第三P型重?fù)诫s區(qū)107組成了 SCR-LDM0S1的陰極，第一多晶硅110、第一場(chǎng)氧108和第一柵氧109組成了 SCR-LDM0S1的柵極；第三N型重?fù)诫s區(qū)113和第五P型重?fù)诫s區(qū)114組成了 SCR-LDM0S2的陽(yáng)極，第四N型重?fù)诫s區(qū)115和第六P型重?fù)诫s區(qū)116組成了 SCR-LDM0S2的陰極，第二多晶硅119、第二場(chǎng)氧117和第二柵氧118組成了 SCR-LDM0S2的柵極；SCR_LDM0S1的陽(yáng)極接 VDD，SCR-LDMOS I 的陰極與 SCR-LDM0S1 的柵極連接，SCR-LDMOS I 的陰極與 SCR-LDM0S2的陽(yáng)極連接，SCR-LDM0S2的柵極和SCR-LDM0S2的陰極接地，第一 P型重?fù)诫s區(qū)120、第四P型重?fù)诫s區(qū)121和第七P型重?fù)诫s區(qū)122作為保護(hù)環(huán)接地。此堆疊結(jié)構(gòu)雖然可以提高維持電壓，但是同時(shí)也提高了擊穿電壓，過(guò)高的擊穿電壓就不能達(dá)到有效保護(hù)內(nèi)部工作電路的目的。因此如何有效降低擊穿電壓是堆疊SCR-LDMOS高壓SCR ESD保護(hù)電路研究的重點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)【背景技術(shù)】存在的缺陷，提出了一種LDMOS觸發(fā)堆疊SCR-LDMOS的高壓ESD保護(hù)電路，該電路通過(guò)LDMOS的擊穿觸發(fā)堆疊SCR-LDMOS，在不提高觸發(fā)電壓的同時(shí)，采用堆疊的SCR提高維持電壓。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]一種堆疊SCR-LDMOS的高壓ESD保護(hù)電路，包括I個(gè)NLDM0S、I個(gè)電阻232和N個(gè)SCR-LDMOS堆疊單元，所述SCR-LDMOS堆疊單元包括一個(gè)SCR-LDMOS器件和一個(gè)觸發(fā)電阻，其中N彡2，襯底上還有N+2個(gè)P型重?fù)诫s區(qū)作為保護(hù)環(huán)接地，所述NLDMOS的柵極通過(guò)電阻232接地，所述SCR-LDMOS堆疊單元中第一個(gè)SCR-LDMOS的陽(yáng)極連接NLDMOS的漏極并接VDD,所述SCR-LDMOS堆疊單元中第η-1個(gè)SCR-LDMOS的陰極連接第η個(gè)SCR-LDMOS的陽(yáng)極，其中，η = 2，3，...，Ν，所述SCR-LDMOS堆疊單元中的觸發(fā)電阻連接在兩個(gè)相鄰的SCR-LDMOS的柵極之間，所述SCR-LDMOS堆疊單元中第一個(gè)觸發(fā)電阻233還連接NLDMOS的源極和襯底，所述SCR-LDMOS堆疊單元中第N個(gè)觸發(fā)電阻一端連接第N個(gè)SCR-LDMOS的柵極，另一端連接第N個(gè)SCR-LDMOS的陰極和地。
[0009]進(jìn)一步地，所述NLDMOS還可以為PLDMOS，此時(shí)，與柵極相連的電阻232的另一端連接第一個(gè)SCR-LDMOS的陽(yáng)極，其余的連接方式與為NLDMOS時(shí)相同。
[0010]當(dāng)所述SCR-LDMOS堆疊單元的個(gè)數(shù)N為2時(shí)，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0011 ] 一種NLDMOS觸發(fā)堆疊SCR-LDMOS的高壓ESD保護(hù)電路，如圖3，包括P型襯底201、第一高壓N型阱區(qū)202、第二高壓N型阱區(qū)203、第三高壓N型阱區(qū)204、第一 P型阱區(qū)205、第二 P型阱區(qū)206、第三P型阱區(qū)207、第一 P型重?fù)诫s區(qū)208、第二 P型重?fù)诫s區(qū)211、第三P型重?fù)诫s區(qū)212、第四P型重?fù)诫s區(qū)214、第五P型重?fù)诫s區(qū)216、第六P型重?fù)诫s區(qū)217、第七P型重?fù)诫s區(qū)219、第八P型重?fù)诫s區(qū)221、第九P型重?fù)诫s區(qū)222、第一 N型重?fù)诫s區(qū)209、第二 N型重?fù)诫s區(qū)210、第三N型重?fù)诫s區(qū)213、第四N型重?fù)诫s區(qū)215、第五N型重?fù)诫s區(qū)218、第六N型重?fù)诫s區(qū)220、第一場(chǎng)氧223、第二場(chǎng)氧224、第三場(chǎng)氧225、第一柵氧229、第二柵氧230、第三柵氧231、第一多晶硅226、第二多晶硅227、第三多晶硅228、電阻232、第一觸發(fā)電阻233、第二觸發(fā)電阻234 ；
[0012]第一 P型重?fù)诫s區(qū)208、第三P型重?fù)诫s區(qū)212、第六P型重?fù)诫s區(qū)217、第九P型重?fù)诫s區(qū)222、第一高壓N型阱區(qū)202、第二高壓N型阱區(qū)203和第三高壓N型阱區(qū)204位于P型襯底201之上；其中所述第一高壓N型阱區(qū)202位于第一 P型重?fù)诫s區(qū)208和第三P型重?fù)诫s區(qū)212之間，第二高壓N型阱區(qū)203位于第三P型重?fù)诫s區(qū)212和第六P型重?fù)诫s區(qū)217之間，第三高壓N型阱區(qū)204位于第六P型重?fù)诫s區(qū)217和第九P型重?fù)诫s區(qū)222之間；
[0013]第一 N型重?fù)诫s區(qū)209和第一 P型阱區(qū)205位于第一高壓N型阱區(qū)202之上，第二N型重?fù)诫s區(qū)210和第二 P型重?fù)诫s區(qū)211位于第一 P型阱區(qū)205之上，第二 N型重?fù)诫s區(qū)210位于第一 N型重?fù)诫s區(qū)209和第二 P型重?fù)诫s區(qū)211之間；第三N型重?fù)诫s區(qū)213、第四P型重?fù)诫s區(qū)214和第二 P型阱區(qū)206位于第二高壓N型阱區(qū)203之上，第四N型重?fù)诫s區(qū)215和第五P型重?fù)诫s區(qū)216位于第二 P型阱區(qū)206之上，第四P型重?fù)诫s區(qū)214位于第三N型重?fù)诫s區(qū)213和第四N型重?fù)诫s區(qū)215之間，第四N型重?fù)诫s區(qū)215位于第四P型重?fù)诫s區(qū)214和第五P型重?fù)诫s區(qū)216之間；第五N型重?fù)诫s區(qū)218、第七P型重?fù)诫s區(qū)219和第三P型阱區(qū)207位于第三高壓N型阱區(qū)204之上，第六N型重?fù)诫s區(qū)220和第八P型重?fù)诫s區(qū)221位于第三P型阱區(qū)207之上，第七P型重?fù)诫s區(qū)219位于第五N型重?fù)诫s區(qū)218和第六N型重?fù)诫s區(qū)220之間，第六N型重?fù)诫s區(qū)220位于第七P型重?fù)诫s區(qū)
219和第八P型重?fù)诫s區(qū)221之間；
[0014]其中所述第一高壓N型阱區(qū)202及其上結(jié)構(gòu)共同組成了 NLDM0S，第一 N型重?fù)诫s區(qū)209為漏極，第二 N型重?fù)诫s區(qū)210為源極，第二 P型重?fù)诫s區(qū)211為襯底接觸，第一多晶硅226、第一場(chǎng)氧223和第一柵氧229組成了 NLDMOS的柵極，柵極通過(guò)電阻232接地；
[0015]第二高壓N型阱區(qū)203及其上結(jié)構(gòu)共同組成了 SCR-LDM0S1，第三N型重?fù)诫s區(qū)213和第四P型重?fù)诫s區(qū)214組成陽(yáng)極，第四N型重?fù)诫s區(qū)215和第五P型重?fù)诫s區(qū)216組成陰極，第二多晶硅227、第二場(chǎng)氧224和第二柵氧230組成了柵極；
[0016]第三高壓N型阱區(qū)204及其上結(jié)構(gòu)共同組成了 SCR-LDM0S2，第五N型重?fù)诫s區(qū)218和第七P型重?fù)诫s區(qū)219組成陽(yáng)極，第六N型重?fù)诫s區(qū)220和第八P型重?fù)诫s區(qū)221組成陰極，第三多晶硅228、第三場(chǎng)氧225和第三柵氧231組成了柵極；
[0017]NLDMOS的柵極通過(guò)電阻232接地，SCR-LDMOS I的陽(yáng)極連接NLDMOS的漏極并接VDD, SCR-LDMOS I的陰極接SCR-LDM0S2的陽(yáng)極；第一觸發(fā)電阻233 —端接NLDMOS的源極和襯底、SCR-LDMOS I的柵極，另一端接第二觸發(fā)電阻234和SCR-LDM0S2的柵極；第二觸發(fā)電阻234的另一端和SCR-LDM0S2的陰極接地；第一P型重?fù)诫s區(qū)208、第三P型重?fù)诫s區(qū)212、第六P型重?fù)诫s區(qū)217和第九P型重?fù)诫s區(qū)222作為保護(hù)環(huán)接地。
[0018]進(jìn)一步地，所述NLDMOS還可以為PLDMOS，此時(shí)，與柵極相連的電阻232的另一端連接SCR-LDM0S1的陽(yáng)極，其余的連接方式與為NLDMOS時(shí)相同。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:
[0020]1、本發(fā)明擊穿后的LDMOS通過(guò)電阻為堆疊的SCR-LDMOS的柵極提供電壓，從而觸發(fā)堆疊的SCR-LDMOS在不增加觸發(fā)電壓的基礎(chǔ)上，堆疊SCR-LDMOS的維持電壓成倍提高，從而有效減小了發(fā)生閂鎖效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。
[0021]2、本發(fā)明保護(hù)電路的維持電壓為堆疊的SCR-LDMOS的維持電壓之和，維持電壓得到了大幅提高，有效減小了發(fā)生閂鎖效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，最重要的是該結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電壓取決于LDMOS的擊穿電壓，并不會(huì)隨著串聯(lián)SCR-LDMOS的個(gè)數(shù)的增加而成倍增加，有效解決了高壓ESD保護(hù)中單個(gè)SCR-LDMOS器件維持電壓過(guò)低和多個(gè)串聯(lián)SCR-LDMOS器件的擊穿電壓又過(guò)高的問(wèn)題。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為現(xiàn)有的SCR-LDMOS ESD保護(hù)器件剖面示意圖；
[0023]圖2為現(xiàn)有的兩個(gè)SCR-LDMOS堆疊的SCR-LDMOS ESD保護(hù)電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的等效電路圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的等效電路圖；
[0027]圖6為本發(fā)明提供的LDMOS觸發(fā)堆疊SCR-LDMOS的高壓ESD保護(hù)電路的等效電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0029]本發(fā)明提供了一種LDMOS觸發(fā)堆疊SCR-LDMOS的高壓ESD保護(hù)電路。該電路通過(guò)LDMOS的擊穿觸發(fā)堆疊SCR-LDM0S，在不提高觸發(fā)電壓的基礎(chǔ)上，采用堆疊的SCR-LDM0S提高維持電壓。
[0030]實(shí)施例1:
[0031 ] 圖3為本實(shí)施例提供的NLDMOS觸發(fā)堆疊SCR-LDM0S的高壓ESD保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)示意圖，包括P型襯底201、第一高壓N型阱區(qū)202、第二高壓N型阱區(qū)203、第三高壓N型阱區(qū)204、第一 P型阱區(qū)205、第二 P型阱區(qū)206、第三P型阱區(qū)207、第一 P型重?fù)诫s區(qū)208、第二P型重?fù)诫s區(qū)211、第三P型重?fù)诫s區(qū)212、第四P型重?fù)诫s區(qū)214、第五P型重?fù)诫s區(qū)216、第六P型重?fù)诫s區(qū)217、第七P型重?fù)诫s區(qū)219、第八P型重?fù)诫s區(qū)221、第九P型重?fù)诫s區(qū)222、第一 N型重?fù)诫s區(qū)209、第二 N型重?fù)诫s區(qū)210、第三N型重?fù)诫s區(qū)213、第四N型重?fù)诫s區(qū)215、第五N型重?fù)诫s區(qū)218、第六N型重?fù)诫s區(qū)220、第一場(chǎng)氧223、第二場(chǎng)氧224、第三場(chǎng)氧225、第一柵氧229、第二柵氧230、第三柵氧231、第一多晶硅226、第二多晶硅227、第三多晶硅228、電阻232、第一觸發(fā)電阻233、第二觸發(fā)電阻234 ；
[0032]第一 P型重?fù)诫s區(qū)208、第三P型重?fù)诫s區(qū)212、第六P型重?fù)诫s區(qū)217、第九P型重?fù)诫s區(qū)222、第一高壓N型阱區(qū)202、第二高壓N型阱區(qū)203和第三高壓N型阱區(qū)204位于P型襯底201之上；其中所述第一高壓N型阱區(qū)202位于第一 P型重?fù)诫s區(qū)208和第三P型重?fù)诫s區(qū)212之間，第二高壓N型阱區(qū)203位于第三P型重?fù)诫s區(qū)212和第六P型重?fù)诫s區(qū)217之間，第三高壓N型阱區(qū)204位于第六P型重?fù)诫s區(qū)217和第九P型重?fù)诫s區(qū)222之間；
[0033]第一 N型重?fù)诫s區(qū)209和第一 P型阱區(qū)205位于第一高壓N型阱區(qū)202之上，第二N型重?fù)诫s區(qū)210和第二 P型重?fù)诫s區(qū)211位于第一 P型阱區(qū)205之上，第二 N型重?fù)诫s區(qū)210位于第一 N型重?fù)诫s區(qū)209和第二 P型重?fù)诫s區(qū)211之間；第三N型重?fù)诫s區(qū)213、第四P型重?fù)诫s區(qū)214和第二 P型阱區(qū)206位于第二高壓N型阱區(qū)203之上，第四N型重?fù)诫s區(qū)215和第五P型重?fù)诫s區(qū)216位于第二 P型阱區(qū)206之上，第四P型重?fù)诫s區(qū)214位于第三N型重?fù)诫s區(qū)213和第四N型重?fù)诫s區(qū)215之間，第四N型重?fù)诫s區(qū)215位于第四P型重?fù)诫s區(qū)214和第五P型重?fù)诫s區(qū)216之間?’第五N型重?fù)诫s區(qū)218、第七P型重?fù)诫s區(qū)219和第三P型阱區(qū)207位于第三高壓N型阱區(qū)204之上，第六N型重?fù)诫s區(qū)220和第八P型重?fù)诫s區(qū)221位于第三P型阱區(qū)207之上，第七P型重?fù)诫s區(qū)219位于第五N型重?fù)诫s區(qū)218和第六N型重?fù)诫s區(qū)220之間，第六N型重?fù)诫s區(qū)220位于第七P型重?fù)诫s區(qū)219和第八P型重?fù)诫s區(qū)221之間；
[0034]其中所述第一高壓N型阱區(qū)202及其上結(jié)構(gòu)共同組成了 NLDM0S，第一 N型重?fù)诫s區(qū)209為漏極，第二 N型重?fù)诫s區(qū)210為源極，第二 P型重?fù)诫s區(qū)211為襯底接觸，第一多晶硅226、第一場(chǎng)氧223和第一柵氧229組成了 NLDMOS的柵極，柵極通過(guò)電阻232接地；
[0035]第二高壓N型阱區(qū)203及其上結(jié)構(gòu)共同組成了 SCR-LDM0S1，第三N型重?fù)诫s區(qū)213和第四P型重?fù)诫s區(qū)214組成陽(yáng)極，第四N型重?fù)诫s區(qū)215和第五P型重?fù)诫s區(qū)216組成陰極，第二多晶硅227、第二場(chǎng)氧224和第二柵氧230組成了柵極；
[0036]第三高壓N型阱區(qū)204及其上結(jié)構(gòu)共同組成了 SCR-LDM0S2，第五N型重?fù)诫s區(qū)218和第七P型重?fù)诫s區(qū)219組成陽(yáng)極，第六N型重?fù)诫s區(qū)220和第八P型重?fù)诫s區(qū)221組成陰極，第三多晶硅228、第三場(chǎng)氧225和第三柵氧231組成了柵極；
[0037]NLDMOS的柵極通過(guò)電阻232接地，SCR-LDMOS I的陽(yáng)極連接NLDMOS的漏極并接VDD, SCR-LDMOS I的陰極接SCR-LDM0S2的陽(yáng)極；第一觸發(fā)電阻233 —端接NLDMOS的源極和襯底、SCR-LDMOS I的柵極，另一端接第二觸發(fā)電阻234和SCR-LDM0S2的柵極；第二觸發(fā)電阻234的另一端和SCR-LDM0S2的陰極接地；第一P型重?fù)诫s區(qū)208、第三P型重?fù)诫s區(qū)212、第六P型重?fù)诫s區(qū)217和第九P型重?fù)诫s區(qū)222作為保護(hù)環(huán)接地。
[0038]實(shí)施例1提供的NLDMOS觸發(fā)堆疊SCR-LDMOS的高壓ESD保護(hù)電路的工作原理為:
[0039]圖4是NLDMOS觸發(fā)兩個(gè)堆疊的SCR-LDMOS的等效電路圖:包括NLDMOS 305，電阻232,233和234，寄生電阻301,302,303和304，寄生晶體管Q3> Q4> Q5> Q6> Q7和Q8。其中，寄生電阻301為第二高壓N型阱區(qū)203等效電阻，寄生電阻302為第二 P型阱區(qū)206等效電阻，寄生電阻303為第三高壓N型阱區(qū)204等效電阻，寄生電阻304為第三P型阱區(qū)207等效電阻；寄生PNP晶體管Q3由第四P型重?fù)诫s區(qū)214、第二高壓N型阱區(qū)203和第二 P型阱區(qū)206組成；寄生NPN晶體管Q4由第四N型重?fù)诫s區(qū)215、第二 P型阱區(qū)206和第二高壓N型阱區(qū)203組成；寄生LDMOS Q5由第三N型重?fù)诫s區(qū)213、第四N型重?fù)诫s區(qū)215和第二 P型阱區(qū)206組成；寄生PNP晶體管Q6由第七P型重?fù)诫s區(qū)219、第三高壓N型阱區(qū)204和第三P型阱區(qū)207組成；寄生NPN晶體管Q7由第六N型重?fù)诫s區(qū)220、第三P型阱區(qū)207和第三高壓N型阱區(qū)204組成；寄生LDMOS Q8由第五N型重?fù)诫s區(qū)218、第六N型重?fù)诫s區(qū)220和第三P型阱區(qū)207組成。
[0040]從圖4中可以看出，NLDMOS 305源極通過(guò)電阻233和234與地相接，NLDMOS 305源端的起始電位為零。又因?yàn)镹LDMOS 305的柵極通過(guò)電阻接地，所以當(dāng)陽(yáng)極有ESD脈沖時(shí)，由于電阻和柵極電容耦合的作用，NLDMOS 305首先擊穿，NLDMOS 305擊穿后，1-V曲線(xiàn)將發(fā)生snapback現(xiàn)象，電流將流經(jīng)電阻233和234，電阻233和234的壓降將同時(shí)分別加到寄生LDMOS 306和寄生LDMOS 307的柵極上，則溝道形成，電流將經(jīng)過(guò)電阻301、寄生LDMOS306、電阻303和寄生LDMOS 307流向陰極。當(dāng)電阻301上的壓降超過(guò)Q3發(fā)射結(jié)正偏的電壓時(shí)，Q3開(kāi)啟，當(dāng)電阻303上的壓降超過(guò)Q5發(fā)射結(jié)正偏的電壓時(shí)，Q5開(kāi)啟，則電流將經(jīng)過(guò)晶體管Q3、電阻302、晶體管Q5和電阻304流向陰極。當(dāng)電阻302上的壓降超過(guò)Q4發(fā)射結(jié)正偏的電壓時(shí)，Q4開(kāi)啟，Q3和Q4形成正反饋，開(kāi)啟第一個(gè)SCR-LDMOS內(nèi)部寄生的SCR。當(dāng)電阻304上的壓降超過(guò)Q6發(fā)射結(jié)正偏的電壓時(shí)，Q6開(kāi)啟，Q5和Q6形成正反饋，第二個(gè)SCR-LDMOS內(nèi)部寄生的SCR開(kāi)啟。兩個(gè)內(nèi)部寄生的SCR開(kāi)啟后，1-V曲線(xiàn)將會(huì)發(fā)生第二次snapback現(xiàn)象，此時(shí)電流主要從堆疊SCR-LDMOS流過(guò)，泄放ESD電流，而電壓被鉗位在堆疊結(jié)構(gòu)的維持電壓，NLDMOS被關(guān)斷。
[0041]該保護(hù)電路的維持電壓是兩個(gè)堆疊SCR-LDMOS的維持電壓之和，維持電壓得到了大幅提高，有效的減小發(fā)生閂鎖效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，而最重要的是該結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電壓取決于NLDMOS的擊穿電壓，并不會(huì)隨著串聯(lián)SCR-LDMOS的個(gè)數(shù)的增加而成倍增加，有效解決了高壓ESD保護(hù)中單個(gè)SCR-LDMOS器件維持電壓過(guò)低和多個(gè)串聯(lián)SCR-LDMOS器件的擊穿電壓又過(guò)高的問(wèn)題。
[0042]實(shí)施例2:
[0043]如圖5所示，實(shí)施例2在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，用PLDMOS代替NLDM0S，此時(shí)，與PLDMOS柵極相連的電阻232的另一端連接SCR-LDMOS I的陽(yáng)極，其余的連接方式與為NLDMOS時(shí)相同。本實(shí)施例與實(shí)施例1的工作原理相同。
[0044]實(shí)施例2采用PLDMOS代替NLDMOS來(lái)觸發(fā)堆疊的SCR-LDMOS結(jié)構(gòu)，因?yàn)镻LDMOS具有較高的維持電壓，使得第一次snapback后的維持電壓較高,這也有助于抗噪聲。
[0045]圖6為本發(fā)明提供的LDMOS觸發(fā)堆疊SCR-LDMOS的高壓ESD保護(hù)電路的等效電路圖。本發(fā)明可以通過(guò)堆疊更多的SCR-LDMOS堆疊單元501，使維持電壓大幅度增加，更有效的防止閂鎖效應(yīng)的發(fā)生。
【權(quán)利要求】
1.一種堆疊SCR-LDMOS的高壓ESD保護(hù)電路，包括1個(gè)NLDMOS、1個(gè)電阻(232)和N個(gè)SCR-LDMOS堆疊單元，所述SCR-LDMOS堆疊單元包括一個(gè)SCR-LDMOS器件和一個(gè)觸發(fā)電阻，其中N彡2，襯底上還有N+2個(gè)P型重?fù)诫s區(qū)作為保護(hù)環(huán)接地，所述NLDMOS的柵極通過(guò)電阻(232)接地，所述SCR-LDMOS堆疊單元中第一個(gè)SCR-LDMOS的陽(yáng)極連接NLDMOS的漏極并接VDD,所述SCR-LDMOS堆疊單元中第n_l個(gè)SCR-LDMOS的陰極連接第η個(gè)SCR-LDMOS的陽(yáng)極，其中，η = 2，3，...，Ν，所述SCR-LDMOS堆疊單元中的觸發(fā)電阻連接在兩個(gè)相鄰的SCR-LDMOS的柵極之間，所述SCR-LDMOS堆疊單元中第一個(gè)觸發(fā)電阻(233)還連接NLDMOS的源極和襯底，所述SCR-LDMOS堆疊單元中第N個(gè)觸發(fā)電阻一端連接第N個(gè)SCR-LDMOS的柵極，另一端連接第N個(gè)SCR-LDMOS的陰極和地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆疊SCR-LDMOS的高壓ESD保護(hù)電路，其特征在于，所述NLDMOS替換為PLDM0S，此時(shí)與柵極相連的電阻(232)的另一端連接第一個(gè)SCR-LDMOS的陽(yáng)極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的堆疊SCR-LDMOS的高壓ESD保護(hù)電路，其特征在于，當(dāng)N=2時(shí)，所述堆疊SCR-LDMOS的高壓ESD保護(hù)電路包括P型襯底(201)、第一高壓N型阱區(qū)(202)、第二高壓N型阱區(qū)(203)、第三高壓N型阱區(qū)(204)、第一P型阱區(qū)(205)、第二 P型阱區(qū)(206)、第三P型阱區(qū)(207)、第一 P型重?fù)诫s區(qū)(208)、第二 P型重?fù)诫s區(qū)(211)、第三P型重?fù)诫s區(qū)(212)、第四P型重?fù)诫s區(qū)(214)、第五P型重?fù)诫s區(qū)(216)、第六P型重?fù)诫s區(qū)(217)、第七P型重?fù)诫s區(qū)(219)、第八P型重?fù)诫s區(qū)(221)、第九P型重?fù)诫s區(qū)(222)、第一 N型重?fù)诫s區(qū)(209)、第二 N型重?fù)诫s區(qū)(210)、第三N型重?fù)诫s區(qū)(213)、第四N型重?fù)诫s區(qū)(215)、第五N型重?fù)诫s區(qū)(218)、第六N型重?fù)诫s區(qū)(220)、第一場(chǎng)氧(223)、第二場(chǎng)氧(224)、第三場(chǎng)氧(225)、第一柵氧(229)、第二柵氧(230)、第三柵氧(231)、第一多晶硅(226)、第二多晶硅(227)、第三多晶硅(228)、電阻(232)、第一觸發(fā)電阻(233)、第二觸發(fā)電阻(234)； 第一 P型重?fù)诫s區(qū)(208)、第三P型重?fù)诫s區(qū)(212)、第六P型重?fù)诫s區(qū)(217)、第九P型重?fù)诫s區(qū)(222)、第一高壓N型阱區(qū)(202)、第二高壓N型阱區(qū)(203)和第三高壓N型阱區(qū)(204)位于P型襯底(201)之上；其中所述第一高壓N型阱區(qū)(202)位于第一 P型重?fù)诫s區(qū)(208)和第三P型重?fù)诫s區(qū)(212)之間，第二高壓N型阱區(qū)(203)位于第三P型重?fù)诫s區(qū)(212)和第六P型重?fù)诫s區(qū)(217)之間，第三高壓N型阱區(qū)(204)位于第六P型重?fù)诫s區(qū)(217)和第九P型重?fù)诫s區(qū)(222)之間； 第一 N型重?fù)诫s區(qū)(209)和第一 P型阱區(qū)(205)位于第一高壓N型阱區(qū)(202)之上，第二 N型重?fù)诫s區(qū)(210)和第二 P型重?fù)诫s區(qū)(211)位于第一 P型阱區(qū)(205)之上，第二N型重?fù)诫s區(qū)(210)位于第一 N型重?fù)诫s區(qū)(209)和第二 P型重?fù)诫s區(qū)(211)之間；第三N型重?fù)诫s區(qū)(213)、第四P型重?fù)诫s區(qū)(214)和第二 P型阱區(qū)(206)位于第二高壓N型阱區(qū)(203)之上，第四N型重?fù)诫s區(qū)(215)和第五P型重?fù)诫s區(qū)(216)位于第二P型阱區(qū)(206)之上，第四P型重?fù)诫s區(qū)(214)位于第三N型重?fù)诫s區(qū)(213)和第四N型重?fù)诫s區(qū)(215)之間，第四N型重?fù)诫s區(qū)(215)位于第四P型重?fù)诫s區(qū)(214)和第五P型重?fù)诫s區(qū)(216)之間；第五N型重?fù)诫s區(qū)(218)、第七P型重?fù)诫s區(qū)(219)和第三P型阱區(qū)(207)位于第三高壓N型阱區(qū)(204)之上，第六N型重?fù)诫s區(qū)(220)和第八P型重?fù)诫s區(qū)(221)位于第三P型阱區(qū)(207)之上，第七P型重?fù)诫s區(qū)(219)位于第五N型重?fù)诫s區(qū)(218)和第六N型重?fù)诫s區(qū)(220)之間，第六N型重?fù)诫s區(qū)(220)位于第七P型重?fù)诫s區(qū)(219)和第八P型重?fù)诫s區(qū)(221)之間； 其中所述第一高壓N型阱區(qū)(202)及其上結(jié)構(gòu)共同組成了 NLDMOS，第一 N型重?fù)诫s區(qū)(209)為漏極，第二 N型重?fù)诫s區(qū)(210)為源極，第二 P型重?fù)诫s區(qū)(211)為襯底接觸，第一多晶硅(226)、第一場(chǎng)氧(223)和第一柵氧(229)組成了 NLDMOS的柵極，柵極通過(guò)電阻(232)接地； 第二高壓N型阱區(qū)(203)及其上結(jié)構(gòu)共同組成了 SCR-LDM0S1，第三N型重?fù)诫s區(qū)(213)和第四P型重?fù)诫s區(qū)(214)組成陽(yáng)極，第四N型重?fù)诫s區(qū)(215)和第五P型重?fù)诫s區(qū)(216)組成陰極，第二多晶硅(227)、第二場(chǎng)氧(224)和第二柵氧(230)組成了柵極； 第三高壓N型阱區(qū)(204)及其上結(jié)構(gòu)共同組成了 SCR-LDM0S2，第五N型重?fù)诫s區(qū)(218)和第七P型重?fù)诫s區(qū)(219)組成陽(yáng)極，第六N型重?fù)诫s區(qū)(220)和第八P型重?fù)诫s區(qū)(221)組成陰極，第三多晶硅(228)、第三場(chǎng)氧(225)和第三柵氧(231)組成了柵極； NLDMOS的柵極通過(guò)電阻(232)接地，SCR-LDM0S1的陽(yáng)極連接NLDMOS的漏極并接VDD，SCR-LDMOS 1的陰極接SCR-LDM0S2的陽(yáng)極；第一觸發(fā)電阻(233) —端接NLDMOS的源極和襯底、SCR-LDM0S1的柵極，另一端接第二觸發(fā)電阻(234)和SCR-LDM0S2的柵極；第二觸發(fā)電阻(234)的另一端和SCR-LDM0S2的陰極接地?’第一 P型重?fù)诫s區(qū)(208)、第三P型重?fù)诫s區(qū)(212)、第六P型重?fù)诫s區(qū)(217)和第九P型重?fù)诫s區(qū)(222)作為保護(hù)環(huán)接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的堆疊SCR-LDMOS的高壓ESD保護(hù)電路，其特征在于，所述NLDMOS替換為PLDM0S，此時(shí)與柵極相連的電阻(232)的另一端連接SCR-LDM0S1的陽(yáng)極。
【文檔編號(hào)】H02H9/04GK104269402SQ201410450092
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】喬明, 馬金榮, 張曉菲, 甘志, 張波 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)