一种具有高维持电压的IGBT结构的ESD保护器件

摘要

一种具有高维持电压的IGBT结构的ESD保护器件，可用于片上IC高压ESD保护电路。主要由P衬底、高压N阱、N阱、P阱、第一P+注入区、第二P+注入区、N+注入区、第三P+注入区、第四P+注入区、金属阳极、金属阴极、多晶硅栅、薄栅氧化层和若干场氧隔离区构成。该IGBT结构的ESD保护器件在高压ESD脉冲作用下，一方面由第三P+注入区、N阱、高压N阱、P阱、N+注入区形成具有PNPN结构的电流泄放路径，提高器件的失效电流、增强器件的ESD鲁棒性；另一方面由第三P+注入区、N阱、第四P+注入区、第一P+注入区、P阱以及第二P+注入区形成寄生PNP三极管和寄生电阻串联的另一条电流泄放路径，以提高器件的维持电压，增强器件的抗闩锁能力。

主权项

一种具有高维持电压的IGBT结构的ESD保护器件，其包括具有PNPN结构的ESD电流泄放路径和PNP与电阻串联结构的另一条电流泄放路径，以增强器件的ESD鲁棒性同时提高维持电压，其特征在于：主要由P衬底(101)、高压N阱(102)、P阱(103)、N阱(104)、第一P+注入区(105)、第二P+注入区(106)、N+注入区(107)、第三P+注入区(108)、第四P+注入区(109)、第一场氧隔离区(110)、第二场氧隔离区(111)、第三场氧隔离区(112)、第四场氧隔离区(115)、第五场氧隔离区(116)、第六场氧隔离区(117)和多晶硅栅(114)及其覆盖的薄栅氧化层(113)构成；所述高压N阱(102)在所述P衬底(101)的表面区域；在所述高压N阱(102)的表面区域从左到右依次设有所述P阱(103)和所述N阱(104)，所述P阱(103)和所述N阱(104)之间设有所述多晶硅栅(114)及其覆盖的所述薄栅氧化层(113)、所述第四场氧隔离(115)；所述P阱(103)的表面部分区域从左到右依次设有所述第一P+注入区(105)、所述第二场氧隔离区(111)、所述第二P+注入区(106)、所述第三场氧隔离区(112)和所述N+注入区(107)，所述第一P+注入区(105)的右侧与所述第二场氧隔离区(111)的左侧相连，所述第二场氧隔离区(111)的右侧与所述第二P+注入区(106)的左侧相连，所述第二场氧隔离区(111)的横向长度必须控制在一定的范围内，所述第二P+注入区(106)的右侧与所述第三场氧隔离区(112)的左侧相连，所述第三场氧隔离区(112)的右侧与所述N+注入区(107)的左侧相连，在所述高压N阱(102)的左侧边缘与所述第一P+注入区(105)之间设有所述第一场氧隔离区(110)，所述第一场氧隔离区(110)的右侧与所述第一P+注入区(105)的左侧相连，所述第一场氧隔离区(110)的左侧与所述高压N阱(102)的左侧边缘相连；所述多晶硅栅(114)及其覆盖的薄栅氧化层(113)横跨在所述高压N阱(102)和所述P阱(103)表面部分区域，所述多晶硅栅(114)及其覆盖的薄栅氧化层(113)与所述P阱(103)交叠的长度必须控制在一定的范围内，以满足不同电压的开启要求，所述多晶硅栅(114)及其覆盖的所述薄栅氧化层(113)的左侧与所述N+注入区(107)的右侧相连；所述第四场氧隔离区(115)横跨在所述高压N阱(102)和所述N阱(104)表面部分区域，所述第四场氧隔离区(115)的左侧与所述多晶硅栅(114)覆盖的所述薄栅氧化层(113)的右侧相连，所述多晶硅栅(114)覆盖了所述第四场氧隔离区(115)的表面部分区域，所述第四场氧隔离区(115)的右侧与所述第三P+注入区(108)的左侧相连；所述N阱(104)内设有所述第三P+注入区(108)、所述第五场氧隔离区(116)和所述第四P+注入区(109)，所述第三P+注入区(108)的右侧与所述第五场氧隔离区(116)的左侧相连，所述第五场氧隔离区(116)的右侧与所述第四P+注入区(109)的左侧相连，所述第五场氧隔离区(116)的横向长度必须控制在一定的数值范围内；所述第六场氧隔离区(117)横跨在所述高压N阱(102)和所述N阱(104)表面部分区域，所述第六场氧隔离区(117)的左侧与所述第四P+注入区(109)的右侧相连，所述第六场氧隔离区(117)的右侧与所述高压N阱(102)的右侧边缘相连；所述第二P+注入区(106)与金属层1的第二金属层(119)相连接，所述N+注入区(107)与金属层1的第三金属层(120)相连接，所述多晶硅栅(114)与金属层1第四金属层(121)相连接，所述金属1的第二金属层(119)、所述金属层1的第三金属层(120)和所述金属层1的第四金属层(121)均与金属层2(125)相连，并从所述金属层2(125)引出一电极(126)，用作器件的金属阴极；所述第一P+注入区(105)与金属层1的第五金属层(118)相连接，所述第四P+注入区(109)与金属层1的第六金属层(123)相连接，所述金属层1的第五金属层(118)和所述金属层1的第六金属层(123)均与金属层1的第七金属层(124)相连；所述第三P+注入区(108)与金属层1的第一金属层(122)相连，并从所述金属1层的第一金属层(122) 引出一电极(127)，用作器件的金属阳极。