CN102034857B - 一种pmos场效应晶体管辅助触发的双向可控硅 - Google Patents
一种pmos场效应晶体管辅助触发的双向可控硅 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102034857B CN102034857B CN 201010522594 CN201010522594A CN102034857B CN 102034857 B CN102034857 B CN 102034857B CN 201010522594 CN201010522594 CN 201010522594 CN 201010522594 A CN201010522594 A CN 201010522594A CN 102034857 B CN102034857 B CN 102034857B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- trap
- injection region
- triode thyristor
- bidirectional triode
- auxiliarily
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 title abstract 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title abstract 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 75
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 75
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims abstract description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 10
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 abstract 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 10
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000001012 protector Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
- H01L29/747—Bidirectional devices, e.g. triacs
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Thyristors (AREA)
Abstract
本发明公开了一种PMOS场效应晶体管辅助触发的双向可控硅，包括P型衬底，P型衬底上设有深N阱，深N阱内设有N阱以及位于N阱两侧的第一P阱和第二P阱；第一P阱上设有通过第一浅壕沟隔离的第一N+注入区和第一P+注入区，第一P+注入区位于内侧且横跨第一P阱和N阱的交界处；第二P阱上设有通过第二浅壕沟隔离的第二N+注入区和第二P+注入区，第二注入P+注入区位于内侧且横跨第二P阱和N阱的交界处；第一P+注入区和第二P+注入区之间的N阱表面覆有层叠的栅氧和多晶硅栅。本发明可控硅利用PMOS管辅助触发，开启电压小，结构简单，占用版图面积小，能提供双向电流路径，鲁棒性好，开启速度快。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种PMOS场效应晶体管辅助触发的双向可控硅。
背景技术
自然界的静电放电(ESD)现象是影响集成电路可靠性的重要因素。在工业界，集成电路产品的失效30％都是由于遭受静电放电现象所引起的，而且随着芯片加工工艺的不断进步，更薄的栅氧层厚度，更小的器件尺寸都使得集成电路受到静电放电破坏的几率大大增加。因此，改善集成电路静电放电防护的可靠性对提高产品的成品率具有不可忽视的作用。
静电放电现象的模式通常分为四种：HBM(人体放电模式)，MM(机器放电模式)，CDM(组件充电放电模式)以及电场感应模式(FIM)。当发生静电放电时，电荷通常从芯片的一只引脚流入而从另一只引脚流出，此时静电电荷产生的电流通常高达几个安培，在电荷输入引脚产生的电压高达几伏甚至几十伏。如果较大的ESD电流流入内部芯片则会造成内部芯片的损坏，同时，在输入引脚产生的高压也会造成内部器件发生栅氧击穿现象，从而导致电路失效。
因此，为了防止内部芯片遭受ESD损伤，对芯片的每个引脚都要进行有效的ESD防护，对ESD电流进行泄放。同时相比HBM模式的ESD，由于CDM放电模式通常发生在更短的时间内，因此ESD防护器件拥有较快的开启速度才能达到CDM模式的ESD防护要求。
在ESD防护的发展过程中，二极管、GGNMOS(栅接地的NMOS)、SCR(可控硅)等器件通常被作为ESD防护单元。其中公认效果比较好的是可控硅(silicion controlled rectifier，SCR)。
常用的可控硅如图1所示，P型衬底上是P、N双阱，P阱和N阱上各设有两个注入区，分别是N+注入区和P+注入区。其中N阱的N+注入区设置在远离P阱的一端，N阱的P+注入区设置在靠近P阱的一端；P阱的P+注入区设置在远离N阱的一端，P阱的N+注入区设置在靠近N阱的一端。一个N+注入区设置在N阱和P阱连接处上方并跨接在N阱和P阱之间用来降低SCR的开启电压，所有的注入区之间使用浅壕沟隔离(STI)。N阱的N+注入区和P+注入区接电学阳极(Anode)，P阱的N+注入区和P+注入区接电学阴极(Cathode)。图2是和该SCR结构相对应的电路原理图。
在集成电路的正常工作状态下，静电放电保护器件是处于关闭的状态，不会影响输入输出引脚上的电位。而在外部静电灌入集成电路而产生瞬间的高电压的时候，这个器件会开启导通，迅速的排放掉静电电流。但是该SCR触发电压一般较高，对于5V及以下工作电压的芯片不能有效保护。
发明内容
本发明提供了一种PMOS场效应晶体管辅助触发的双向可控硅，该器件触发电压低，开启速度快，能够提供双向ESD防护。
一种PMOS场效应晶体管辅助触发的双向可控硅，包括P型衬底，P型衬底上设有深N阱，深N阱内设有N阱以及位于N阱两侧的第一P阱和第二P阱；
第一P阱上设有通过第一浅壕沟隔离的第一N+注入区和第一P+注入区，第一P+注入区位于内侧且横跨第一P阱和N阱的交界处；第二P阱上设有通过第二浅壕沟隔离的第二N+注入区和第二P+注入区，第二注入P+注入区位于内侧且横跨第二P阱和N阱的交界处；
第一P+注入区和第二P+注入区之间的N阱表面覆有层叠的栅氧和多晶硅栅。
本发明还提供上述双向可控硅在ESD防护中的应用，包括：
将第一N+注入区和第一P+注入区连接电学阳极，第二N+注入区和第二P+注入区连接电学阴极，多晶硅栅连接电源。
本发明器件中第一P+注入区相当于PMOS结构的源极，第二P+注入区相当于PMOS结构的漏极，栅氧上方的多晶硅栅相当于PMOS结构的栅极，多晶硅栅下方的N阱为PMOS管的沟道。
相对于传统的ESD防护用可控硅，本发明可控硅利用PMOS管辅助触发，开启电压小，结构简单，占用版图面积小，能提供双向电流路径，鲁棒性好，开启速度快。
附图说明
图1为现有ESD防护可控硅的结构示意图；
图2为图1所示防护可控硅的等效电路图；
图3为本发明ESD防护双向可控硅的剖面图；
图4为图3所示ESD防护双向可控硅的俯视图；
图5为图3所示ESD防护双向可控硅的等效电路图。
具体实施方式
如图3和图4所示，一种PMOS场效应晶体管辅助触发的双向可控硅，包括4层结构，其中底层为P型衬底31，第二层为设于P型衬底31上的深N阱33a，深N阱内33a设有N阱33b、第一P阱32a和第二P阱32b，其中第一P阱32a和第二P阱32b位于N阱33b的两侧，深N阱33a把P衬底31和第一P阱32a，第二P阱32b隔开。
第三层为设于阱区上方的2个N+注入区和2个P+注入区，其中第一N+注入区34a和第二N+注入区34b分别设于第一P阱32a和第二P阱32b的上方且位于外侧，第一P+注入区36a和第二P+注入区36b位于内侧，其中第一P+注入区36a横跨N阱33b和第一P阱32a的交界处，第二P+注入区36b横跨N阱33b和第二P阱32b的交界处。第一N+注入区34a和第一P+注入区36a之间通过第一浅壕沟35a隔离，第二N+注入区34b和第二P+注入区36b之间通过第二浅壕沟35b隔离。
第四层为覆于第一P+注入区36a和第二P+注入区36b之间的N阱表面的栅氧37和多晶硅栅38。
该可控硅中，第一P+注入区36a相当于PMOS结构的源极，第二P+注入区36b相当于PMOS结构的漏极，栅氧37上方的多晶硅栅38相当于PMOS结构的栅极，栅氧37下方的N阱为PMOS结构的沟道。本实施例中的P型衬底，P阱，N阱，N+注入区P+注入区和PMOS场效应晶体管结构，采用现有的标准CMOS集成电路制造工艺即可实现。
应用时，第一N+注入区34a和第一P+注入区36a均接入电学阳极，第二N+注入区34b和第二P+注入区36b均接入电学阴极；多晶硅栅38通过电阻接入芯片工作电源。在从阳极到阴极的ESD信号下，分别由第一P+注入区36a和第一P阱32a-N阱33b-第二P阱32b-第二N+注入区34b构成可控硅的P-N-P-N结构。在从阴极到阳极的ESD信号下，分别由第二P阱32b和第二P+注入区36b-N阱33b-第一P阱32a-第一N+注入区34a构成反向可控硅的P-N-P-N结构。
如图5所示，由第一N+注入区34a，第一P阱32a和N阱33b构成NPN寄生晶体管Q1；由第一P+注入区36a，N阱33b和第二P+注入区36b构成PNP寄生晶体管Q2；由N阱33b，第二P阱32b和第二N+注入区34b构成NPN寄生晶体管Q3。
如图5所示，当阳极出现ESD信号时，阳极和PMOS栅极间较大的电压差能导致PMOS开启，电流从阳极先到达第一P+注入区，经过N阱流向第二P+注入区进入阴极，产生的PMOS的触发电流流过第二P阱的阱电阻产生压降，当这个压降大于NPN寄生三极管Q3的开启电压，NPN寄生三极管Q3开启，同时由于正反馈使PNP寄生三极管Q2也开启，由PNP寄生三极管Q2和NPN寄生三极管Q3构成的整个SCR器件被导通，开始泄放ESD电流，同时将SCR两端电压钳制在较低电位。由于结构对称，同样的原理，当阴极出现ESD信号时，由PNP寄生三极管Q2和NPN寄生晶体管Q1构成的整个SCR器件也可以排放从阴极到阳极的ESD电流。
在实际应用中，改变多晶硅栅以及栅氧的长度和宽度即PMOS的长宽可以调整PMOS触发电流的大小，从而调整该结构在ESD信号下的开启电压。改变阴极到阳极的距离可以调整钳位电压。合理设置栅极串联电阻实现芯片在受到ESD时，电学阴极或阳极与PMOS栅极产生电压差，从而保证PMOS及时开启以辅助触发该发明结构中的SCR。在应用中，合理设置这些器件尺寸以保证该ESD防护器件在正常工作状态下不会发生栓锁效应，而在ESD来临时及时开启泄放ESD电流。
Claims (1)
1.一种PMOS场效应晶体管辅助触发的双向可控硅，包括P型衬底，其特征在于：P型衬底上设有深N阱，深N阱内设有N阱以及位于N阱两侧的第一P阱和第二P阱；
第一P阱上设有通过第一浅壕沟隔离的第一N+注入区和第一P+注入区，第一P+注入区位于内侧且横跨第一P阱和N阱的交界处；第二P阱上设有通过第二浅壕沟隔离的第二N+注入区和第二P+注入区，第二注入P+注入区位于内侧且横跨第二P阱和N阱的交界处；
第一P+注入区和第二P+注入区之间的N阱表面覆有层叠的栅氧和多晶硅栅。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010522594 CN102034857B (zh) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | 一种pmos场效应晶体管辅助触发的双向可控硅 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201010522594 CN102034857B (zh) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | 一种pmos场效应晶体管辅助触发的双向可控硅 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102034857A CN102034857A (zh) | 2011-04-27 |
| CN102034857B true CN102034857B (zh) | 2011-12-14 |
Family
ID=43887485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201010522594 Expired - Fee Related CN102034857B (zh) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | 一种pmos场效应晶体管辅助触发的双向可控硅 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102034857B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102263102B (zh) * | 2011-04-28 | 2012-12-19 | 浙江大学 | 一种用于静电防护的反向二极管触发可控硅 |
| CN106920843B (zh) * | 2015-12-24 | 2024-01-09 | 大唐恩智浦半导体有限公司 | 静电防护电路及其可控硅整流器 |
| CN106024903A (zh) * | 2016-07-27 | 2016-10-12 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种pmos器件结构及其制作方法 |
| CN107093596A (zh) * | 2017-04-12 | 2017-08-25 | 华为技术有限公司 | 一种用于静电防护的scr、芯片及*** |
| CN111384046A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-07-07 | 上海华力微电子有限公司 | 一种硅控整流器及其制造方法 |
| CN111354724A (zh) * | 2020-04-27 | 2020-06-30 | 上海华力微电子有限公司 | 一种硅控整流器及其制造方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7202114B2 (en) * | 2004-01-13 | 2007-04-10 | Intersil Americas Inc. | On-chip structure for electrostatic discharge (ESD) protection |
| CN101281899A (zh) * | 2008-05-16 | 2008-10-08 | 浙江大学 | Pmos管嵌入式双向可控硅静电防护器件 |
| CN101771041A (zh) * | 2010-01-19 | 2010-07-07 | 浙江大学 | Pmos场效应晶体管辅助触发的互补型scr结构 |
| CN101789428A (zh) * | 2010-03-10 | 2010-07-28 | 浙江大学 | 一种内嵌pmos辅助触发可控硅结构 |
| CN101807598A (zh) * | 2010-03-17 | 2010-08-18 | 浙江大学 | 一种pnpnp型双向可控硅 |
| CN101834181A (zh) * | 2010-03-23 | 2010-09-15 | 浙江大学 | 一种nmos管辅助触发的可控硅电路 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002037566A2 (en) * | 2000-11-06 | 2002-05-10 | Sarnoff Corporation | Silicon controlled rectifier electrostatic discharge protection device with external on-chip triggering and compact internal dimensions for fast triggering |
| US8618608B2 (en) * | 2008-12-31 | 2013-12-31 | United Microelectronics Corp. | Lateral silicon controlled rectifier structure |
-
2010
- 2010-10-28 CN CN 201010522594 patent/CN102034857B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7202114B2 (en) * | 2004-01-13 | 2007-04-10 | Intersil Americas Inc. | On-chip structure for electrostatic discharge (ESD) protection |
| CN101281899A (zh) * | 2008-05-16 | 2008-10-08 | 浙江大学 | Pmos管嵌入式双向可控硅静电防护器件 |
| CN101771041A (zh) * | 2010-01-19 | 2010-07-07 | 浙江大学 | Pmos场效应晶体管辅助触发的互补型scr结构 |
| CN101789428A (zh) * | 2010-03-10 | 2010-07-28 | 浙江大学 | 一种内嵌pmos辅助触发可控硅结构 |
| CN101807598A (zh) * | 2010-03-17 | 2010-08-18 | 浙江大学 | 一种pnpnp型双向可控硅 |
| CN101834181A (zh) * | 2010-03-23 | 2010-09-15 | 浙江大学 | 一种nmos管辅助触发的可控硅电路 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102034857A (zh) | 2011-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108701693B (zh) | 用于静电放电保护的嵌入式pmos触发可控硅整流器 | |
| CN102034858A (zh) | 一种用于射频集成电路静电放电防护的双向可控硅 | |
| CN102034857B (zh) | 一种pmos场效应晶体管辅助触发的双向可控硅 | |
| CN101834433B (zh) | 一种基于互补型scr的静电放电防护电路 | |
| CN102956632B (zh) | 一种低寄生电容的双向scr静电放电保护结构 | |
| CN100583429C (zh) | Pmos管嵌入式双向可控硅静电防护器件 | |
| CN102263102B (zh) | 一种用于静电防护的反向二极管触发可控硅 | |
| US20080157204A1 (en) | Device for protecting semiconductor ic | |
| CN101834181B (zh) | 一种nmos管辅助触发的可控硅电路 | |
| CN104241274B (zh) | 一种基于横向pnp结构的双向esd保护器件 | |
| CN104269396A (zh) | 寄生晶闸管以及静电保护电路 | |
| CN109742071A (zh) | 一种soi功率开关的esd保护器件 | |
| CN101789428B (zh) | 一种内嵌pmos辅助触发可控硅结构 | |
| KR20080076403A (ko) | 정전기 방전 보호 소자 | |
| CN104600068A (zh) | 一种基于纵向npn结构的高压双向esd保护器件 | |
| CN105702675A (zh) | 一种内嵌pmos触发的用于静电防护的可控硅 | |
| CN102034814B (zh) | 一种静电放电防护器件 | |
| CN102270658B (zh) | 一种低触发电压低寄生电容的可控硅结构 | |
| CN101814498B (zh) | 一种内嵌nmos辅助触发可控硅结构 | |
| CN103390618A (zh) | 内嵌栅接地nmos触发的可控硅瞬态电压抑制器 | |
| CN103094278A (zh) | Pmos嵌入的低压触发用于esd保护的scr器件 | |
| CN101777555B (zh) | Nmos场效应晶体管辅助触发的互补型scr结构 | |
| CN101771043B (zh) | 齐纳二极管辅助触发的互补型scr结构 | |
| CN102244076B (zh) | 一种用于射频集成电路的静电放电防护器件 | |
| CN102222669B (zh) | 一种用于静电防护的可控硅 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111214 Termination date: 20141028 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |