一种基于纵向npn结构的高压双向esd保护器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集成电路静电放电(ESD-Electrostatic Discharge)保护领域，尤其涉及一种可用于提高片上IC高压端口 ESD保护的可靠性的纵向NPN结构的高压双向ESD保护器件。
【背景技术】
[0002]静电放电(ESD)现象广泛存在于自然界中，它也是引起集成电路产品失效的重要原因之一。集成电路产品在其生产制造以及装配过程中很容易受到静电放电的影响，造成产品的可靠性降低，甚至损坏。因此，研宄可靠性高和静电防护性能强的静电放电防护器件和防护电路对提高集成电路的成品率和可靠性具有不可忽视的作用。
[0003]根据静电放电产生的原因及其对集成电路放电方式的不同，静电放电通常分为以下四种模式:HBM (人体放电模式)，丽(机器放电模式)，CDM (组件充电放电模式)，FIM (电场感应模式)，其中，HBM和MM模式是最常见的也是工业界最为关心的两种静电放电模式。当集成电路发生静电放电现象时，大量电荷瞬间流入芯片的引脚，这些电路产生的电流通常可大几个安培大小，在该引脚处产生的电压高达几伏甚至几十伏，较大的电流和较高的电压会造成芯片内部电路的损害和器件的击穿，从而导致电路功能的失效，因此，为了防止芯片遭受到ESD的损伤，就需要对芯片的每个引脚都要进行有效的ESD防护。通常，ESD保护器件的设计需要考虑两个方面的问题:一是ESD保护器件要能够泄放大电流；二是ESD保护器件要能在芯片受到ESD冲击时将芯片引脚端电压钳位在安全的低电压水平。
[0004]通常用作ESD保护的器件有二极管、GGNMOS(栅接地的NM0S)、SCR(可控硅)等，但是，在某些特殊电路和特殊应用中，需要ESD保护器件的击穿电压较高，电流泄放能力较强，同时还需要提高到地端的双向ESD保护能力。
[0005]为了解决上述问题，本发明提供了一种使用单个ESD保护器件就可以提供双向ESD保护能力，同时提高二次击穿电流的纵向NPN结构的高压双向ESD保护器件。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有ESD技术上存在的不足，提供一种使用单个ESD保护器件就可以提供双向ESD保护能力，同时提高二次击穿电流的纵向NPN结构的高压双向ESD保护器件。
[0007]本发明通过以下技术方案实现:
[0008]一种基于纵向NPN结构的高压双向ESD保护器件，包括P型衬底，所述P型衬底内设有第一高压N型阱和第二高压N型阱，第一高压N型阱内注有第一 P-body注入区和第二N+注入区，所述的第一 P-body注入区内注有第一 N+注入区和第一 P+注入区，第二高压N型阱内注有第三N+注入区和第二 P-body注入区，所述的第二 P-body注入区内注有第二 P+注入区和第四N+注入区，其中:所述P型衬底、第一高压N型阱和第二高压N型阱上均覆盖有氧化隔离层，从左到右依次是第一氧化隔离层、第二氧化隔离层、第三氧化隔离层、第四氧化隔离层和第五氧化隔离层。
[0009]较佳地，第一 N+注入区引出一个端口 1，第四N+注入区引出一个端口 2，第一 P+注入区和第二 N+注入区与第三N+注入区和第二 P+注入区利用金属线相连。
[0010]较佳地，当端口 I上有正向ESD事件来临时，第一 N+注入区、第一高压N型阱与第一 P-body注入区构成一个纵向NPN结构和第二 P-body注入区与第四N+注入区所形成的正向二极管结构串联；当端口 2上有正向ESD事件来临时，第四N+注入区、第二高压N型阱与第二 P-body注入区构成一个纵向NPN结构和由第一 P-body注入区与第一 N+注入区所形成的正向二极管结构串联。
[0011]本发明利用镜像对称的纵向NPN结构，可以实现对称的ESD保护能力。
[0012]较佳地，通过拉伸第一 N+注入区的面积以及第四N+注入区的面积来调整正负方向ESD事件来临时器件的维持电压。
[0013]用以提尚应用的灵活性。
[0014]本发明采用了上述技术方案的有益效果在于:
[0015]本发明提出了一种使用单个ESD保护器件就可以提供双向ESD保护能力，同时提高二次击穿电流的纵向NPN结构的高压双向ESD保护器件，既充分利用了 NPN结构高维持电压的特点，又利用了 NPN结构反向为正向二极管的特点，通过两个镜像对称的NPN器件的连接，避免了反向击穿二极管低保护能力的限制，同时实现对IC端口的双向保护，有助于提高器件应用的灵活性，可以实现耐高压，高维持电压，高匹配性等ESD保护性能。
[0016]具体地说:
[0017](I)本发明的纵向NPN结构与业界常用的高压CMOS工艺实现工艺兼容，具有对称的正向击穿电压和反向击穿电压，因此适用于需要进行双向ESD保护的电路中；
[0018](2)与其他SCR结构及横向PNP结构相比，该结构采用了高压N型阱具有更高的击穿电压和维持电压，能更加有效避免闩锁效应发生，特别适合高压端口 ESD的保护；
[0019](3)采用双向对称的ESD保护结构，正向负向电荷泄放通路完全对称，避免了 ESD保护器件在挂载到保护端口时需要进行正负极性识别的麻烦，同时避免了在ESD挂载时因为正负极性判断错误造成的ESD使用问题；
[0020](4)本发明可以通过分别调整单个NPN型晶体管的发射区宽度，分别改变正向和反向工作模式的维持电压，提高器件使用环境的灵活性。
【附图说明】
[0021]图1是本发明实例的内部结构剖面示意图；
[0022]图2是本发明实例的电路连接图；
[0023]图3是本发明实例中正向ESD脉冲作用下的等效电路；
[0024]图4是本发明实例中反向ESD脉冲作用下的等效电路。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明:
[0026]本发明实例设计了一种基于纵向NPN结构的高压双向ESD保护器件，通过镜像对称的NPN结构，在不增加额外掩膜版的情况下，不仅实现对于ESD脉冲的双向保护，而且可以通过分别调整单个NPN结构的基区宽度，分别改变正向和反向工作模式下的维持电压，提高器件使用环境的灵活性。
[0027]—种基于纵向NPN结构的高压双向ESD保护器件，如图1所示的本发