基于SCR结构的纳米工艺ESD防护器件研究

　　3 DTSCR结构概述LVTSCR能够做到相同工艺下GGNMOS相近的触发电压，但如果需要得到更低的触发电压用于极低电压电路的ESD保护，则需要改变 SCR的触发方式。通过外加辅助触发结构，SCR的开启电压是可以得到控制的。二极管辅助触发的SCR（DTSCR）就是一种更有着低电压开启特性的 SCR结构，其剖面示意图如图6所示。

　　这是一个外接了两个二极管的DTSCR结构，图中左边部分为主SCR，电流路径是P+/N阱/P衬底/N+.而SCR N阱中的P+/N阱以及右边独立的两个P+/N阱二极管则组成了这个DTSCR的二极管串触发电路。当ESD电流会从阳极进入，依次流过SCR中的P+ /N阱寄生二极管以及之后的两个二极管，最终由阴极流出。当流经的电流在SCR N阱中的阱电阻RNwell上形成0.7V的电压降时，DTSCR的SCR部分就会开启，成为泄放ESD的主要路径。因为二极管串的开启电压由二极管的串联个数决定，图6中3个二极管的开启电压大约是2.1V，DTSCR可以根据所应用的电压环境来调整串联二极管个数。是一种具有一定可变性的ESD防护结构。

　　注意到图6中还标注出了寄生SCR的电流路径，该寄生SCR是由主SCR的N阱部分和最后一个二极管所构成的，正是因为该寄生结构的存在，DTSCR的TLP曲线呈现一种多次回滞的特性，如图7所示。

　　同样通过TCAD仿真，可以证明关于寄生SCR工作的猜想。图8中可以看到在二极管导通和主SCR开启之间，有一段寄生SCR工作的阶段，应对的正是图7中曲线一次回滞后的工作阶段。

　　DTSCR采用的目的是为了尽量减小整个结构的开启电压，而寄生SCR的存在则是会影响到主SCR 的开启，为了能够进一步的减小DTSCR开启电压的上限，这里依旧采用变化SCR基区宽度的方法，如图9所示，通过改变二极管串联的顺序（改为从最远离主 SCR的二极管依次串联到靠近主SCR的二极管），以及主SCR中的N阱与最后一个二极管间的N阱之间的距离D，我们可以得到图10的TLP测试曲线。可以看到随着D的变化，改进型DTSCR的第二次触发电压也发生着变化：D越小，则第二次触发电压也越低。最低可以达到3.5V的电压值。另一方面2V的维持电压值也足够用于1.2/1.8V电路的ESD防护并且能够避免闩锁效应的发生。如此一来，DTSCR真正做到了低电压触发，足够的维持电压。

　　4结论本文针对纳米工艺下的ESD防护特点提出使用SCR结构作为防护器件，并进行了相应的研究。

　　选择常见的LVTSCR结构和DTSCR，因为这两种SCR结构有着非常低的开启电压。同时也对 LVTSCR和DTSCR进行了相应的改进设计使得他们能够起到相应的ESD防护作用。通过TLP测试和TCAD仿真分析，SCR的工作原理得到了解释，测试与分析证明改进后的LVTSCR和DTSCR是有着广泛的应用前景的。