双向低触发电压横向晶闸管放电管研究

蒋 刚，邓旭聪，赵 明

(1.国网广安供电公司，广安 638000；2.四川大学电子信息学院，成都 610065)

0 引 言

晶闸管(SCR)由于其深回滞输出特性曲线、低导通电阻、高静电放电(ESD)泄流能力的特点，在ESD保护中得到越来越广泛的应用[1-2]。除了采用多个器件的组合方案来实现双向ESD保护之外，也可以用单向SCR的衍生器件来实现双向ESD保护，双向SCR器件内部是NPNPN结构[3]。为了对集成电路的输出端口形成有效保护，需要低触发电压的SCR放电管作为ESD保护器件[4]。对于低触发电压SCR放电管，在保证SCR放电管的开启速度不受影响的前提下，通过优化SCR放电管内部结构(如寄生晶体管基区结构、发射区结构、低电压触发结构等)的方法来降低SCR放电管的触发电压。

目前虽然关于ESD保护应用的SCR放电管设计及制备的文献报道较多，但是大多为分立垂直导通型结构，且触发电压较高(其触发电压一般在十几伏到几十伏之间)，对于基于双极型集成电路工艺的横向低触发电压SCR放电管的报道较少。本文依据双向低触发电压横向SCR放电管电参数指标要求，利用利用Silvaco-TCAD半导体器件仿真软件对双向低触发电压横向SCR放电管结构参数进行仿真设计。探究了N-衬底区、寄生PNP晶体管P-集电区、寄生NPN晶体管P-基区、N+阴极区、N+触发区、寄生PNP晶体管P-集电区与寄生NPN晶体管P-基区间距、寄生NPN晶体管表面基区宽度对器件电学性能的影响。通过实际流片，研制出的样片的触发电压VS、触发电流IS、维持电流IH及触发电压、维持电流高低温变化率完全满足电参数指标要求。……