一種基于scr結(jié)構(gòu)耐正負(fù)高壓的端口esd結(jié)構(gòu)及其等效電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于ESD器件領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于SCR結(jié)構(gòu)耐正負(fù)高壓的端口ESD結(jié)構(gòu)及其等效電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體工藝尺寸的縮小，器件工作電壓與擊穿電壓的差距越來越小，集成電路的靜電泄放(ESD)問題越來越顯著。通常情況下IC端口的工作電壓在OV和電源電壓之間，從而端口的ESD結(jié)構(gòu)也只需要保證端口電壓在OV和電源電壓之間時(shí)ESD器件沒有漏電流。而在一些接口芯片中會(huì)出現(xiàn)端口電壓高于電源電壓或者低于零電位的負(fù)壓，此時(shí)的ESD結(jié)構(gòu)就要保證可以承受端口的正負(fù)高壓，同時(shí)滿足ESD等級(jí)要求。但目前ESD防護(hù)的設(shè)計(jì)主要針對(duì)耐高壓的要求，對(duì)耐正負(fù)壓能力的設(shè)計(jì)基本沒有涉及。沒有耐正負(fù)高壓端口 ESD防護(hù)，接口芯片在系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)是很難滿足ESD防護(hù)要求的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于SCR結(jié)構(gòu)耐正負(fù)高壓的端口 ESD裝置，其目的在于使得信號(hào)端口 ESD結(jié)構(gòu)具有耐正負(fù)高壓特性的同時(shí)也能滿足ESD防護(hù)設(shè)計(jì)要求，由此解決現(xiàn)有技術(shù)中沒有耐正負(fù)高壓端口 ESD防護(hù)的技術(shù)問題。
[0004]本發(fā)明提供了一種基于SCR結(jié)構(gòu)耐正負(fù)高壓的端口 ESD結(jié)構(gòu)，包括P型襯底，第一N型掩埋層和第二 N型掩埋層；所述第一 N型掩埋層通過第一 N阱、第二 N阱分別與第一 N+有源區(qū)、第二 N+有源區(qū)接到電源電位并與第一 P阱形成隔離；所述第二 N型掩埋層通過第三N阱、第四N阱分別與第三N+有源區(qū)、第四N+有源區(qū)接到電源電位并與第二 P阱形成隔離；應(yīng)用時(shí)，所述第一 N+有源區(qū)、所述第二 N+有源區(qū)、所述第三N+有源區(qū)和所述第四N+有源區(qū)均接電源；P+有源區(qū)接地，有源區(qū)接端口 PAD，有源區(qū)、柵氧和有源區(qū)、柵氧接到一起，有源區(qū)接地。
[0005]本發(fā)明還提供了一種基于上述的端口 ESD結(jié)構(gòu)的等效電路，包括第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第四三極管Q4、第一電阻R1、第二電阻R2和第三電阻R3;所述第一三極管Ql的發(fā)射極通過第一電阻Rl連接至所述第一三極管Ql的基極，所述第一三極管Ql的集電極通過依次串聯(lián)連接的第二電阻R2和第三電阻R3連接至所述第四三極管Q4的集電極；所述第四三極管Q4的發(fā)射極接地；所述第二三極管Q2的基極連接至所述第一三極管Ql與所述電阻R2的連接端，所述第二三極管Q2的集電極連接至所述第一三極管Ql的基極，所述第二三極管Q2的發(fā)射極連接至所述第三三極管Q3的發(fā)射極；所述第二電阻R2和所述第三電阻R3的串聯(lián)連接端連接至所述第二三極管Q2和所述第三三極管Q3的連接端；所述第三三極管Q3的基極連接至所述第四三極管Q4的集電極，所述第四三極管Q4的基極與所述第三三極管Q3的集電極連接后并接地。
[0006]其中，所述第一三極管Q1、所述第二三極管Q2、所述第一電阻Rl和所述第二電阻R2構(gòu)成了第一可控硅結(jié)構(gòu)SCRl ;所述第三三極管Q3、所述第四三極管Q4和所述第三電阻R3構(gòu)成了第二可控硅結(jié)構(gòu)SCR2。
[0007]其中，當(dāng)ESD事件發(fā)生時(shí)，當(dāng)PAD上的電壓大于N-擴(kuò)散區(qū)和P阱之間的擊穿電壓時(shí)；所述第一可控硅結(jié)構(gòu)SCRl被觸發(fā)，所述第二可控硅結(jié)構(gòu)SCR2中的P阱與N-擴(kuò)散區(qū)二極管正向?qū)?，ESD電流通過被反向擊穿出發(fā)的SCRl和正向?qū)ǖ腟CR2流到GND上。
[0008]其中，當(dāng)端口電壓低于GND電位且絕對(duì)值小于N-擴(kuò)散區(qū)和P阱之間的擊穿電壓時(shí)，所述第二可控硅結(jié)構(gòu)SCR2不會(huì)被觸發(fā)，整個(gè)由所述第二可控硅結(jié)構(gòu)SCR2和所述第一可控硅結(jié)構(gòu)SCRl構(gòu)成ESD結(jié)構(gòu)不會(huì)有漏電流，對(duì)工作在負(fù)壓下的端口不會(huì)造成影響；
[0009]其中，當(dāng)ESD事件發(fā)生時(shí)，端口電壓低于GND電位且絕對(duì)值大于N-擴(kuò)散區(qū)和P阱之間的擊穿電壓時(shí)，所述第二可控硅結(jié)構(gòu)SCR2中的N-擴(kuò)散區(qū)與P阱的二極管被擊穿，所述第二可控硅結(jié)構(gòu)SCR2被觸發(fā)，所述第一可控硅結(jié)構(gòu)SCRl中的P阱與N-擴(kuò)散區(qū)二極管正向?qū)?，ESD電流從PAD端口流出。
[0010]本發(fā)明可以支持端口工作在正負(fù)壓狀態(tài)，同時(shí)有良好的ESD能力。
【附圖說明】
[0011]圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的ESD器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是現(xiàn)有技術(shù)提供的ESD器件的等效電路原理圖。
[0013]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于SCR結(jié)構(gòu)耐正負(fù)高壓的端口 ESD裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于SCR結(jié)構(gòu)耐正負(fù)高壓的端口 ESD裝置的等效電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0016]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于SCR結(jié)構(gòu)的耐正負(fù)高壓端口 ESD設(shè)計(jì)方法，具有耐正負(fù)高壓特性的同時(shí)，也能滿足ESD防護(hù)設(shè)計(jì)要求；與現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅解決了端口耐正負(fù)高壓的問題，也解決了 ESD防護(hù)問題。
[0017]目前的高壓端口有多種ESD結(jié)構(gòu)，其中一種結(jié)構(gòu)就如圖1所示。該結(jié)構(gòu)包括P型襯底I，N型掩埋層2，N型掩埋層通過N阱3、19和N+有源區(qū)4、18接到電源電位形成隔離。在應(yīng)用時(shí)，有源區(qū)11、12、13接端口 PAD，P+有源區(qū)5、17和N+有源區(qū)8、15接地，柵氧10、14接地。P+有源區(qū)12作為發(fā)射極，N-擴(kuò)散區(qū)9作為基極，P阱6作為收集極，構(gòu)成縱向的PNP三極管，在這個(gè)PNP三極管中基區(qū)N-擴(kuò)散區(qū)9通過N+有源區(qū)11、13作為接觸，收集極P阱6通過P+有源區(qū)5、17作為接觸；N-擴(kuò)散區(qū)9作為收集極，P阱6作為基極，N+有源區(qū)8、15作為發(fā)射極，構(gòu)成橫向NPN三極管，其中P阱6分別通過PB7、16與N+有源區(qū)8、15形成PN結(jié)。這個(gè)縱向PNP和橫向NPN就構(gòu)成可控硅結(jié)構(gòu)(SCR)。在應(yīng)用時(shí)如圖2所示，N-擴(kuò)散區(qū)9中的P+有源區(qū)12、N+有源區(qū)11和13接到端口 PAD，P阱中的P+有源區(qū)5、17和PB中的N+有源區(qū)8和17接到GND。在ESD事件發(fā)生時(shí)端口電壓達(dá)到N-擴(kuò)散區(qū)9和P阱6的擊穿電壓(N-擴(kuò)散區(qū)和P阱之間的擊穿電壓需要低于內(nèi)部電路器件擊穿電壓、高于端口正常工作電壓)，N-擴(kuò)散區(qū)9和P阱6之間的結(jié)被擊穿。P阱有電流注入，電壓被抬高，橫向的NPN管導(dǎo)通，整個(gè)SCR結(jié)構(gòu)被觸發(fā)起來，泄放ESD電流。當(dāng)端口電壓下降到低于N-擴(kuò)散區(qū)9和P阱6之間的結(jié)擊穿電壓時(shí)，S