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专利号: 2014105218775
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一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)与第二金属1(119)相连接,所述N+注入区(107)与第三金属1(120)相连接,所述多晶硅栅(114)与第四金属1(121)相连接,所述第二金属1(119)、所述第三金属1(120)和所述第四金属1(121)均与金属2(125)相连,并从所述金属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)与所述第五金属1(118)相连接,所述第四P+注入区(109)与所述第六金属1(123)相连接,所述第五金属1(118)和所述第六金属1(123)均与第七金属1(124)相连;

所述第三P+注入区(108)与第一金属1(122)相连,并从所述第一金属1(122)引出一电极(127),用作器件的金属阳极。

2.如权利要求1所述的一种具有高维持电压的IGBT结构的ESD保护器件,其特征在于:所述金属阳极、所述第三P+注入区(108)、所述N阱(104)、所述高压N阱(102)、所述P阱(103)、所述N+注入区(107)和所述金属阴极构成一条PNPN结构的ESD电流泄放路径,以提高器件的二次失效电流、增强器件的ESD鲁棒性。

3.如权利要求1所述的一种具有高维持电压的IGBT结构的ESD保护器件,其特征在于:由所述第三P+注入区(108)、所述N阱(104)、所述高压N阱(102)、所述第四P+注入区(109)、所述第一P+注入区(105)、所述P阱(103)以及所述第二P+注入区(106)形成的寄生PNP三极管和寄生电阻串联的电流泄放路径,以有效提高器件的维持电压,通过调节所述第五场氧隔离区(116)和所述第二场氧隔离区(111)的横向长度,可以满足不同维持电压的ESD保护需求。

4.如权利要求1所述的一种具有高维持电压的IGBT结构的ESD保护器件,其特征在于:由所述第三P+注入区(108)、所述N阱(104)、所述高压N阱(102)以及所述P阱(103)形成的PNPN电流泄放路径中的寄生PNP三极管和由所述第三P+注入区(108)、所述N阱(104)、所述高压N阱(102)以及所述第四P+注入区(109)形成的寄生PNP三极管和寄生电阻串联的电流泄放路径中的寄生PNP三极管共用发射极和基极,以使得两个寄生PNP三极管相互促进作用,保证两条ESD电流泄放路径同时开启。