静电防护电路及其二极管触发保持可控硅整流器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及静电防护，尤其是设及一种静电防护电路及其二极管触发保持可 控娃整流器。
【背景技术】
[0002] 随着半导体工艺尺寸的不断缩小W及面对日益复杂的应用环境，集成电路(IC)受 到静电放电化SD)损坏的威胁越来越大。静电放电过程的瞬态电流可W达到几安培乃至数 十安培，倘如果有相应的ESD防护措施或者防护不足，很容易造成忍片的永久性失效或者潜 在性失效。对于汽车电子来说，运可能是W生命为代价的。据数据统计，37%的IC失效是由 于ESD造成的，每年造成对半导体工业造成的损失W数十亿美元计。因此提高IC的片上静电 防护能力对忍片的可靠性有着重大的意义。
[0003] ESD防护器件在电路中作用是当ESD事件来临时，器件迅速导通W形成一个低阻放 电通路来泄放ESD电流，同时将器件上的电压错制在一个较低的水平，W避免击穿内部忍 片。而当ESD事件消失时，此器件迅速关闭，处于一个高阻区，W避免。对内部电路造成影响。
[0004] 典型ESD器件的电流-电压曲线如图1所示。忍片正常工作时，ESD器件处于关闭状 态，此时其等效状态相当于断路；当ESD器件上的电压逐渐增大到Vtl之后，其开始导通，并 且随着电流的增大，电压开始降低(称其为回退效应，Snapback);当电压达到保持电压化之 后，电压开始缓慢上升，电流迅速增加，此时器件处于放电区；当电流继续增大最终由于热 效应导致器件二次击穿时，器件将永久失效。此时的电流It2称作二次击穿电流，是ESD器件 防护能力的标志。在ESD器件的设计过程中，Vtl,化W及It2都是一些重要的参数。首先要根 据核屯、忍片的要求确定设计窗口，如图1所示。Vtl必须要小于忍片的击穿电压BV，运里的BV 包括栅极击穿电压BVGS和漏极击穿电压BVDS;同时为了避免円锁效应，Vh必须要大于电源 电压VDD。此处的ESD设计窗口定为[3.3V，9V]。
[0005] 由于可控娃整流器(SiIicon Controlled Rectifie;r,SCR)高效率的ESD防护性 能，其在ESD防护中被广泛采用。但是由于普通的SCR器件特性的固有缺陷，导致其不能直接 用于汽车电子的ESD防护。
[0006] CMOS工艺中的SCR结构如图2所示，在阳极Anode和阴极Cathode之间形成一个P+/ NW/PW/N+的四层结构，其中NW是N阱，PW是P阱，P+是P渗杂区，N+是N渗杂区。运四层结构构成 了两个寄生的=极管，其等效电路如图3所示。正是由于运两个寄生的=极管构成的正反馈 环路，才使其具有极高的电流增益，为从阳极到阴极的正向ESD脉冲提供防护。
[0007] 当阳极上出现足够高的ESD脉冲时，NW/PW构成的PN结被反向击穿，产生电流，当N 阱电阻上的电压值大于P+/NW结的导通电压0.7V时，寄生的PNP管导通。随着电流的增加 ，PW 与N+化n端)之间的电压逐渐增大，当其达至化W/N+结的正向导通电压0.7V时，寄生的NPN管 此时也导通，两个S极管构成一个正反馈环路，SCR结构开启。此时，阳极电压从触发电压 Vt 1开始下降，进入一个回溯阶段，经过此负阻区之后，阳极电压达到保持电压Vh，SCR由此 进入平稳的放电区，从而有效释放ESD电流，直到器件因热效应被二次击穿。
[0008] 但是此处的SCR的击穿电压是由NW/PW构成的PN结的击穿电压决定的，在 0.3加 mBCD工艺中，NW/PW结的击穿电压高达40V，显然不适用于击穿电压为9V的内部忍片 中。即便是采用在NW/PW上覆盖一层N+采用NMOS触发的SCRW及衬底触发SCR也只能将SCR的 Vtl降到IOV左右，其器件参数也不易于调整，难W满足应用要求。
[0009] 已经提出了一种二极管触发可控娃(DtSCR)来降低SCR的触发电压，使其能够尽早 的触发，但是由于寄生的两个S极管构成的的正反馈环路，化还是只能维持在IV~2V之间， 同样会造成円锁效应。 【实用新型内容】
[0010] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于静电防护的二极管触发保持可 控娃整流器，可W-并实现触发电压和保持电压的可调节性。
[0011] 本实用新型还提出一种使用二极管触发保持可控娃的静电防护电路。
[0012] 本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种用于静电防护的 二极管触发保持可控娃整流器，具有阳极端和阴极端且包括第一=极管、第二=极管、第一 电阻、第二电阻、二极管、第一二极管串W及第二二极管串，该第一二极管串的阳极连接该 二极管触发保持可控娃整流器的阳极端，该第一二极管串的阴极连接该第一=极管的发射 极，该第一电阻和该二极管连接在该第一=极管的发射极和基极之间，该第二=极管的集 电极连接该第一=极管的基极，该第二=极管的基极连接该第一=极管的集电极，该第二 =极管的发射极连接该二极管触发保持可控娃整流器的阴极端，该第二电阻连接该第二= 极管的基极和该二极管触发保持可控娃整流器的阴极端，该第二二极管串的阳极连接该第 一=极管的基极，该第二二极管串的阴极连接该二极管触发保持可控娃整流器的阴极端。
[0013] 在本实用新型的一实施例中，该二极管触发保持可控娃整流器的触发电压和保持 电压均随该第一二极管串的二极管数目增加而增加。
[0014] 在本实用新型的一实施例中，该二极管触发保持可控娃整流器的触发电压随该第 二二极管串的二极管数目增加而增加。
[0015] 在本实用新型的一实施例中，该第一S极管、第二S极管、第一电阻、第二电阻、二 极管组成可控娃的等效电路，其中该二极管是该可控娃的阳极两端口的寄生二极管。
[0016] 本实用新型所提出的一种静电防护电路，包括如上所述的二极管触发保持可控娃 整流器，该二极管触发保持可控娃整流器连接在两电压端之间。
[0017] 在本实用新型的一实施例中，静电防护电路还包括二极管，连接在输入/输出端口 与该电压端之间。
[0018] 本实用新型由于采用W上技术方案，使之与现有技术相比，通过在可控娃整流器 中加入了二极管串，使得触发电压和保持电压均可W调节，从而提供高效率的ESD防护。
【附图说明】
[0019] 为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，W下结合附图对本实用 新型的【具体实施方式】作详细说明，其中：
[0020] 图1是典型的ESD防护器件的电流-电压回退曲线。
[0021] 图2是已知的可控娃整流器的剖面图。
[0022] 图3是图2所示可控娃整流器的等效电路图。
[0023] 图4是本实用新型一实施例的二极管触发保持可控娃整流器的等效电路图。
[0024] 图5是图4所示电路中，第一二极管串的二极管数目对可控娃整流器直流特性的影 响示意图。
[0025] 图6是图4所示电路中，第二二极管串的二极管数目对可控娃整流器直流特性的影 响示意图。
[0026] 图7是图4所示电路中，第一二极管串和第二二极管串的二极管数目均为2的直流 仿真结果。
[0027] 图8是图4所示电路中，第一二极管串和第二二极管串的二极管数目均为2的瞬态 仿真结果。
[0028] 图9是本实用新型一实施例的全忍片静电防护电路的基本结构。
[0029] 图10是本实用新型一实施例的静电防护器件网络。
[0030] 图11是两种最恶劣的静电放电瞬态仿真结果。
【具体实施方式】
[0031] 本实用新型的实施例描述用于静电防护化SD)的可控娃整流器。为了克服传统可 控娃的固有缺陷，实现可调的触发电压和保持，同时提供高效率的ESD防护，本实用新型的 实施例描述一种二极管触发保持可控娃整流器。
[0032] 图4是本实用新型一实施例的二极管触发保持可控娃整流器的等效电路图。参考 图4所示，本实施例的二极管触发保持可控娃整流器40与已知的可控娃整流器一样，具有阳 极端Anode和阴极端化thode。可控娃整流器40包括第一 S极管Ql、第二S极管Q2、第一电阻 RNW、第二电阻RPW、二极管Di、第一二极管串（Diode String)DSlW及第二二极管串DS2。第 一二极管串DS 1的阳极连接可控娃整流器40的阳极端Anode,第一