一种用于ESD保护的高维持电压环流SCR结构

一种用于esd保护的高维持电压环流scr结构
技术领域
1.本发明属于电子科学与技术领域，主要用于提高可控硅(scr)器件的静电泄放(electro static discharge，简称为esd)抗闩锁能力。具体是指通过改变scr触发路径，在工艺条件不变的原则下改变scr体内触发顺序从而提高scr器件维持电压的新型环流scr结构。


背景技术：

2.scr即半导体可控硅器件，其广泛用于各种浪涌或过压保护场合，如低压esd保护，低容esd保护等。然而，scr在雪崩击穿后存在一个强的电压回扫(snapback)，当esd等过压脉冲结束后，若系统电源电压高于scr固有的维持电压(vh)会导致器件极易发生闩锁效应(latch-up，即lu)，因此提高scr的维持电压以免发生lu是esd保护中一个重要研究方向。传统的提高维持电压方式可分为有3个大类，一是通过降低寄生pnp/npn的基区输运系数；二是降低scr中寄生晶体管的发射效率，三是嵌入其他通道。不同以往，本发明中将要说明的新型环流scr将通过改变scr触发路径的方法提高器件vh，是一种基于全新理论的新方法。
3.常规scr器件结构如图1所示，图1中scr结构在nw/pbody击穿后导通，其导通原理如下(以pnp为例)。当nw/pbody结击穿，雪崩电流ia会从阳极nsd通过nw，pw流入阴极psd，此时雪崩电流将在nw上产生压降。由于电流的二维分布，pnp发射结的各处压降各不相同，对于图1中j1而言，其两端压降为ia*r1(ia为雪崩电流)，而对于j2而言其两端压降为ia*(r1 r2)。可见j2会率先达到0.7v的开启电压，pnp将的表面区域将会率先开启并产生电流is(同理npn也是)。因此scr器件的vh将由表面pnpn所决定，而表面pnp和npn基区更短，更容易发生大注入，因此vh会很低。若能够将scr的开启顺序改变，让体内的pnp和npn先开启(即让j1先达到0.7v)，那么scr的维持电压将会大大提高，本发明基于此理论，提出一种新型环流scr结构。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：如何设计scr的结构才能让体内pn结先开启，从而改变触发顺序，提高vh。
5.为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
6.一种用于esd保护的高维持电压环流scr结构，包括：第一sn注入01、第二sn注入02、第一sp注入11、第二sp注入12、第三sp注入13、第四sp注入14、n阱21、pbody区31、阳极金属线41、跨接金属线42、阴极金属线43；
7.其中，n阱21位于pbody区31内部左边区域，n阱21内部制作有高浓度的第一sn注入01和第一sp注入11，第一sn注入01位于第一sp注入11的左侧，第一sn注入01和第一sp注入11通过阳极金属线41作为器件的阳极；在n阱21右侧的pbody区31中，从左至右制作有第二sp注入12、第四sp注入14、第二sn注入02、第三sp注入13，其中第四sp注入14和第二sn注入02通过阴极金属线43相连并接地作为阴极，第二sp注入12和第三sp注入13通过跨接金属线
42相连。
8.本发明还提供第二种用于esd保护的高维持电压环流scr结构，包括：第一sn注入01、第二sn注入02、第一sp注入11、第四sp注入14、n阱21、pbody区31、阳极金属线41、阴极金属线43；
9.其中，n阱21位于pbody区31内部左边区域，n阱21内部制作有高浓度的第一sn注入01和第一sp注入11，第一sn注入01位于第一sp注入11的右侧，第一sn注入01和第一sp注入11通过阳极金属线41作为器件的阳极；第一sp注入11左侧设有第零sn注入00，在第一sn注入01右侧设有第三sn注入03，第零sn注入00与第三sn注入03通过第二跨接金属线44相连；在n阱21右侧的pbody区31中，从左至右制作有第二sn注入02、第四sp注入14，其中第四sp注入14和第二sn注入02通过阴极金属线43相连并接地作为阴极。
10.本发明还提供第三种用于esd保护的高维持电压环流scr结构，包括第一sn注入01、第二sn注入02、第一sp注入11、第二sp注入12、第三sp注入13、第四sp注入14、n阱21、pbody区31、阳极金属线41、跨接金属线42、阴极金属线43；
11.其中，n阱21位于pbody区31内部左边区域，n阱21内部制作有高浓度的第一sn注入01和第一sp注入11，第一sn注入01位于第一sp注入11的右侧，第一sn注入01和第一sp注入11通过阳极金属线41作为器件的阳极；第一sp注入11左侧设有第零sn注入00，在sn注入01右侧设有第三sn注入03，第零sn注入00与第三sn注入03通过第二跨接金属线44相连；
12.在n阱21右侧的pbody区31中，从左至右制作有第二sp注入12、第四sp注入14、第二sn注入02、第三sp注入13，其中第四sp注入14和第二sn注入02通过阴极金属线43相连并接地作为阴极，第二sp注入12和第三sp注入13通过跨接金属线42相连。
13.作为优选方式，高浓度是指掺杂浓度大于1e19/cm3。
14.本发明的有益效果为：当n阱21与pbody区31发生雪崩击穿后，大部分的雪崩电流ia将通过第一sn注入01，n阱21，pbody区31，第二sp注入12流出，并通过跨接金属线42流入第三sp注入13，最后再由第三sp注入13通过pbody区31和第四sp注入14从阴极流出，这样以来，对于阴极npn的发射结而言(pbody区31与第二sn注入02构成的pn结)，电流是从右边流向左边的，因此该结的右侧表面将先达到0.7v，而右侧表面距离阳极是最远距离，其大注入相较于传统器件更难实现，因此该scr通过改变触发路径的方式避免了由scr表面路径率先开启导致的低vh。
附图说明
15.图1为传统scr结构图；
16.图2为实施例1的一种用于esd保护的高维持电压环流scr结构图；
17.图3为实施例1的一种用于esd保护的高维持电压环流scr结构的工作机理；
18.图4为实施例2的一种用于esd保护的高维持电压环流scr结构图；
19.图5为实施例3的一种用于esd保护的高维持电压环流scr结构图；
20.00为第零sn注入，01为第一sn注入，02为第二sn注入，03为第三sn注入，11为第一sp注入，12为第二sp注入，13为第三sp注入，14为第四sp注入，21为n阱，31为pbody区，41为阳极金属线，42为跨接金属线，43为阴极金属线，44为第二跨接金属线。
具体实施方式
21.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
22.实施例1：
23.如图2所示，本实施例提供一种用于esd保护的高维持电压环流scr结构，包括第一sn注入01、第二sn注入02、第一sp注入11、第二sp注入12、第三sp注入13、第四sp注入14、n阱21、pbody区31、阳极金属线41、跨接金属线42、阴极金属线43；
24.其中，n阱21位于pbody区31内部左边区域，n阱21内部制作有高浓度的第一sn注入01和第一sp注入11，高浓度是指掺杂浓度大于1e19/cm3。第一sn注入01位于第一sp注入11的左侧，第一sn注入01和第一sp注入11通过阳极金属线41作为器件的阳极；在n阱21右侧的pbody区31中，从左至右制作有第二sp注入12、第四sp注入14、第二sn注入02、第三sp注入13，其中第四sp注入14和第二sn注入02通过阴极金属线43相连并接地作为阴极，第二sp注入12和第三sp注入13通过跨接金属线42相连。
25.其工作原理如图3所示，当远大于击穿电压的esd电压出现在阳极上后，scr中的n阱21与pbody区31会发生雪崩击穿。大部分的雪崩电流ia将通过第一sn注入01，n阱21，pbody区31，第二sp注入12流出，并通过跨接金属线42流入第三sp注入13，最后再由第三sp注入13通过pbody区31和第四sp注入14从阴极流出，这样以来，对于阴极npn的发射结而言(pbody区31与第二sn注入02构成的pn结)，电流是从右边流向左边而非传统的从左至右，因此该结的右侧表面将先达到0.7v，而npn发射结的右侧结距离scr阳极是最远距离，其大注入效率远低于传统器件，因此该scr在开启后难以获得像传统scr那样的“通畅路径”，因此其vh将被提高。
26.实施例2：
27.如图4所示，本实施例提供一种用于esd保护的高维持电压环流scr结构，包括：第一sn注入01、第二sn注入02、第一sp注入11、第四sp注入14、n阱21、pbody区31、阳极金属线41、阴极金属线43；
28.其中，n阱21位于pbody区31内部左边区域，n阱21内部制作有高浓度的第一sn注入01和第一sp注入11，高浓度是指掺杂浓度大于1e19/cm3。第一sn注入01位于第一sp注入11的右侧，第一sn注入01和第一sp注入11通过阳极金属线41作为器件的阳极；第一sp注入11左侧设有第零sn注入00，在第一sn注入01右侧设有第三sn注入03，第零sn注入00与第三sn注入03通过第二跨接金属线44相连；在n阱21右侧的pbody区31中，从左至右制作有第二sn注入02、第四sp注入14，其中第四sp注入14和第二sn注入02通过阴极金属线43相连并接地作为阴极。
29.其工作原理和实施例一相同，只不过实施例一是通过环流方法改变了npn的触发路径，而实施例二是通过环流方法改变了pnp的触发路径，其基础理论是一致的。
30.实施例3：
31.如图5所示，本实施例提供一种用于esd保护的高维持电压环流scr结构，包括：第一sn注入01、第二sn注入02、第一sp注入11、第二sp注入12、第三sp注入13、第四sp注入14、n
阱21、pbody区31、阳极金属线41、跨接金属线42、阴极金属线43；
32.其中，n阱21位于pbody区31内部左边区域，n阱21内部制作有高浓度的第一sn注入01和第一sp注入11，高浓度是指掺杂浓度大于1e19/cm3。第一sn注入01位于第一sp注入11的右侧，第一sn注入01和第一sp注入11通过阳极金属线41作为器件的阳极；第一sp注入11左侧设有第零sn注入00，在sn注入01右侧设有第三sn注入03，第零sn注入00与第三sn注入03通过第二跨接金属线44相连；
33.在n阱21右侧的pbody区31中，从左至右制作有第二sp注入12、第四sp注入14、第二sn注入02、第三sp注入13，其中第四sp注入14和第二sn注入02通过阴极金属线43相连并接地作为阴极，第二sp注入12和第三sp注入13通过跨接金属线42相连。
34.其工作原理和实施例1、实施例2是相同的，只不过实施例1和实施例2是通过环流方法改变了npn或pnp两者之一的触发路径，而实施例3是通过综合环流方法同时改变pnp和npn两者的触发路径，其基础理论是一致的，从效果上看，实施例3应该具有更好的vh提升能力。
35.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。