一种纵向NPN触发的高维持电压的高压ESD保护器件

摘要

一种纵向NPN触发的高维持电压的高压ESD保护器件，可用于片上IC高压ESD保护电路。主要由衬底Psub，N埋层，P外延，N下沉阱，高压深N阱，第一N+注入区，第一P+注入区，第二N+注入区，第三N+注入区，多晶硅栅，栅薄氧化层和若干场氧隔离区构成。该保护器件在高压ESD脉冲作用下，内部纵向NPN结构的反向PN结被触发导通，形成并联连接的多条ESD电流泄放路径，可以提高器件的二次击穿电流，降低导通电阻，增强器件的鲁棒性。通过拉升LDMOS器件多晶硅栅的长度，增大NPN结构的基区宽度，以及利用N埋层和N下沉阱，延长器件触发导通后的电流路径，改变器件内部的电场分布，提高器件的耐压能力和维持电压。

主权项

一种纵向NPN触发的高维持电压的高压ESD保护器件，其特征在于：主要由衬底Psub(101)，N埋层(102)，P外延(103)，第一N下沉阱(104)，高压深N阱(105)，第二N下沉阱(106)，第一N+注入区(107)，第一P+注入区(108)，第二N+注入区(109)，第三N+注入区(110)，第一场氧隔离区(111)、第二场氧隔离区(112)、第三场氧隔离区(113)、第四场氧隔离区(114)、第五场氧隔离区(117)和多晶硅栅(115)及其覆盖的栅薄氧化层(116)构成； 所述N埋层(102)在所述衬底Psub(101)的表面； 所述P外延(103)在所述N埋层(102)上； 所述P外延(103)上从左到右依次设有所述第一场氧隔离区(111)、所述第一N下沉阱(104)、所述高压深N阱(105)及所述第二N下沉阱(106)和所述第五场氧隔离区(117)； 所述第一N下沉阱(104)上设有所述第一N+注入区(107)，所述第一场氧隔离区(111)与所述第一N+注入区(107)相连接； 所述高压深N阱(105)上从左到右依次设有所述第一P+注入区(108)、所述第三场氧隔离区(113)和所述第二N+注入区(109)； 所述第一N+注入区(107)与所述第一P+注入区(108)之间设有所述第二场氧隔离区(112)； 所述第二N下沉阱(106)上设有所述第三N+注入区(110)； 所述第二N+注入区(109)与所述第三N+注入区(110)之间设有所述第四场氧隔离区(114)、所述多晶硅栅(115)和所述栅薄氧化层(116)，所述第四场氧隔离区(114)左半部分位于所述高压深N阱(105)的表面部分区域上，所述第四场氧隔离区(114)右半部分位于所述多晶硅栅(115)的表面部分区域上，所述多晶硅(115)覆盖了全部的所述栅薄氧化层(116)，所述栅薄氧化层(116)横跨在所述高压深N阱(105)和所述P外延(103)的表面部分区域上； 所述第一N+注入区(107)和所述第三N+注入区(110)分别与金属层1的第一金属层(218)和第二金属层(224)相连接，金属层1的所述第一金属层(218)、所述第二金属层(224)与金属层2的第三金属层(225)相连接，并从金属层2的所述第三金属层(225)引出一电极(226)，用作器件的阴极； 所述多晶硅栅(115)与金属层1的第四金属层(223)相连接，并从金属层1的所述第四金属层(223)引出一电极(227)，用作器件的栅极； 所述第一P+注入区(108)、所述第二N+注入区(109)分别与金属层1的第五金属层(219)和第六金属层(220)相连接，金属层1的所述第五金属层(219)、所述第六金属层(220)与金属层2的第七金属层(221)相连接，并从金属层2的所述第七金属层(221)引出一电极(222)，用作器件的阳极； 当器件所述阳极接高压ESD脉冲的高电位，所述阴极和所述栅极接地时，所述高压深N阱(105)、所述P外延(103)、所述N埋层(102)可构成一纵向NPN结构，既能承受高压脉冲冲 击，被触发后又能形成LDMOS、SCR和BJT三结构的ESD电流导通路径，以提高二次击穿电流和维持电压，降低导通电阻； 当器件所述阴极接高压ESD脉冲的高电位，所述阳极和所述栅极接地时，所述第一N下沉阱(104)、所述第二N下沉阱(106)、所述N埋层(102)、所述P外延(103)与所述高压深N阱(105)形成NPN两叉指结构的ESD电流泄放路径，以提高反向脉冲作用下器件的二次击穿电流、降低导通电阻。