專利名稱：帶有觸發(fā)元件的低電容硅控整流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及半導(dǎo)體裝置，且更明確地說(shuō)，涉及并入有觸發(fā)元件的硅控整流 器(SCR)裝置和制造及操作方法。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)可能會(huì)受到靜電放電(ESD)事件的嚴(yán)重破壞，ESD事件致使將 相當(dāng)大的電壓施加在裝置上。從ESD事件施加的電壓通常大于電路的操作電壓。ESD 偶發(fā)事件可能是由于在人體或金屬物體上累積的電荷放電的緣故而發(fā)生的。ESD偶發(fā) 事件也可能是由于在IC本身上累積的電荷放電的緣故而發(fā)生的。
隨著對(duì)較高操作速度、較小操作電壓、較高組裝密度和降低成本的需要驅(qū)使所有 裝置尺寸的減小，IC中的ESD現(xiàn)象正變得越來(lái)越重要。這通常暗示著較薄介電層、具 有較急劇摻雜過(guò)渡的較高摻雜水平和較高電場(chǎng)一一歸因于對(duì)破壞性ESD事件的敏感性 增加的所有因素。
金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS) IC中所使用的一些常見(jiàn)保護(hù)方案依賴于與nMOS裝置 相關(guān)聯(lián)的寄生雙極晶體管，其漏極連接到待保護(hù)的引腳且其源極系到接地?？赏ㄟ^(guò)改 變nMOS裝置的柵極氧化物下方的從漏極到源極的nMOS裝置寬度來(lái)設(shè)置保護(hù)水平或 故障閾值。在應(yīng)力條件下，受保護(hù)引腳與接地之間的主要電流傳導(dǎo)路徑包含所述nMOS 裝置的寄生雙極晶體管。此寄生雙極晶體管在引腳相對(duì)于接地應(yīng)力事件為正的情況下 在驟回崩潰區(qū)(snapback region)中操作。
在驟回崩潰條件下作為寄生雙極二極管而操作的nMOS保護(hù)裝置中出現(xiàn)的主要故 障機(jī)制是二次擊穿的開(kāi)始。二次擊穿是在由載流子發(fā)熱補(bǔ)償沖擊電離電流的減少的任 何情況下在裝置中引發(fā)熱失控的現(xiàn)象。在由自身發(fā)熱產(chǎn)生的應(yīng)力下在裝置中起始二次 擊穿。已知起始二次擊穿時(shí)的峰值nMOS裝置溫度隨應(yīng)力電流水平的增加而增加。
另一常見(jiàn)ESD保護(hù)方案采用硅控整流器(SCR)作為抵制ESD的保護(hù)裝置，其中 觸發(fā)機(jī)制是圍繞保護(hù)裝置的一部分的n阱與p型襯底之間的界面處的雪崩傳導(dǎo)。高度 摻雜區(qū)連接到寄生電阻器，寄生電阻器接著連接到受保護(hù)節(jié)點(diǎn)。位于n阱與襯底之間 的交叉點(diǎn)處的寄生電阻器和高度摻雜區(qū)提供額外的電流源以在較低電壓下發(fā)生雪崩。 然而，如此形成的SCR裝置對(duì)于許多半導(dǎo)體裝置來(lái)說(shuō)不夠快。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明促進(jìn)靜電放電保護(hù)，同時(shí)滿足低且/或超低電容要求。因而，可在不對(duì)性能 造成負(fù)面影響的情況下執(zhí)行高速操作。本發(fā)明采用具有新配置和觸發(fā)元件的硅控整流 器(SCR)裝置。所述新配置準(zhǔn)許具有高速操作的低且/或超低電容。另外，所述新配 置避免過(guò)大的觸發(fā)電壓。所述觸發(fā)元件允許(例如)根據(jù)待保護(hù)裝置的操作特征來(lái)為 SCR裝置調(diào)整和/或選擇觸發(fā)電壓和保持電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，具有可選擇觸發(fā)電壓和保持電壓的硅整流器半導(dǎo)體裝置 包括觸發(fā)元件。在半導(dǎo)體主體內(nèi)形成第一傳導(dǎo)類(lèi)型的第一阱區(qū)。在所述第一阱區(qū)內(nèi)形 成所述第一傳導(dǎo)類(lèi)型的第一區(qū)。在所述第一阱區(qū)內(nèi)形成具有第二傳導(dǎo)類(lèi)型的第二區(qū)。 在鄰近于第一阱區(qū)的半導(dǎo)體主體內(nèi)形成具有所述第二傳導(dǎo)類(lèi)型的第二阱區(qū)。在所述第 二阱區(qū)內(nèi)形成第一傳導(dǎo)類(lèi)型的第三區(qū)。在第二阱區(qū)內(nèi)形成第二傳導(dǎo)類(lèi)型的第四區(qū)。觸 發(fā)元件連接到第一區(qū)，且將基極觸發(fā)電壓和基極保持電壓更改為經(jīng)更改觸發(fā)電壓和經(jīng) 更改保持電壓。第一端子或墊連接到第二區(qū)。第二端子連接到第三區(qū)、第四區(qū)和觸發(fā) 元件。在操作中，第一端子在低阻抗?fàn)顟B(tài)期間響應(yīng)于正被施加到所述第一端子的經(jīng)更 改觸發(fā)電壓而將電流傳導(dǎo)到第二端子。本發(fā)明還揭示其它裝置和方法。


圖1A是常規(guī)硅控整流器(SCR)裝置的橫截面圖。 圖1B說(shuō)明圖1A的裝置的等效示意圖。 圖2是說(shuō)明常規(guī)SCR裝置的典型電流-電壓特征的曲線圖。 圖3A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的硅控整流器(SCR)裝置的橫截面圖。 圖3B說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的圖3A的裝置的等效示意圖。 圖4是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的SCR裝置的說(shuō)明性電流-電流特征的曲線圖。 圖5A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的硅控整流器(SCR)裝置的橫截面圖。 圖5B說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的圖5A的裝置的等效示意圖。 圖6是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的具有觸發(fā)元件的SCR裝置的說(shuō)明性電流-電壓特征的曲 線圖。
圖7A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的利用一系列二極管作為觸發(fā)元件的SCR裝置的橫 截面圖。
圖7B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的利用接地柵極NMOS晶體管作為觸發(fā)元件的SCR 裝置的橫截面圖。圖7C是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的利用柵極耦合NMOS晶體管作為觸發(fā)元件的SCR 裝置的橫截面圖。
圖7D是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的利用級(jí)聯(lián)NMOS電路作為觸發(fā)元件的SCR裝置的 橫截面圖。
圖7E是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的利用接地漏極PMOS晶體管作為觸發(fā)元件的SCR 裝置的橫截面圖。
圖7F是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的利用柵極耦合PMOS晶體管作為觸發(fā)元件的SCR 裝置的橫截面圖。
圖7G是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的利用級(jí)聯(lián)PMOS電路作為觸發(fā)元件的SCR裝置的 橫截面圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的制造和利用具有觸發(fā)元件的SCR裝置的方法的流程圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的形成可與SCR ESD裝置一起采用的觸發(fā)元件的方法。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明促進(jìn)靜電放電保護(hù)，同時(shí)滿足低且/或超低電容要求。因而，可在不對(duì)性能 造成負(fù)面影響的情況下執(zhí)行高速操作。本發(fā)明釆用具有新配置和觸發(fā)元件的硅控整流 器(SCR)裝置。所述新配置準(zhǔn)許具有高速操作的低且/或超低電容。另外，所述新配 置避免過(guò)大的觸發(fā)電壓。所述觸發(fā)元件允許(例如)根據(jù)待保護(hù)裝置的操作特征來(lái)為 SCR裝置調(diào)整和/或選擇觸發(fā)電壓和保持電壓。
圖1A是常規(guī)硅控整流器(SCR)裝置100的橫截面圖。提供裝置100作為常規(guī) SCR裝置的實(shí)例。裝置IOO是叩叩結(jié)構(gòu)，且用于半導(dǎo)體裝置以通過(guò)在靜電放電事件和 耗散電流期間接通或操作來(lái)減輕來(lái)自靜電放電事件的破壞。因而，保護(hù)半導(dǎo)體裝置以 免受靜電放電事件影響。
裝置IOO包含半導(dǎo)體主體102，其由一個(gè)或一個(gè)以上半導(dǎo)體層組成，其中包括半 導(dǎo)體襯底(例如硅)。在半導(dǎo)體主體102內(nèi)通過(guò)選擇性地植入n型摻雜劑來(lái)形成n阱區(qū) 104。在半導(dǎo)體主體102內(nèi)且在鄰近于所述n阱區(qū)104處通過(guò)選擇性地植入p型慘雜劑 來(lái)形成p阱區(qū)106。在半導(dǎo)體主體102內(nèi)形成一個(gè)或一個(gè)以上隔離結(jié)構(gòu)108,以隔離裝 置IOO的各個(gè)區(qū)并界定有源區(qū)。
在所述n阱區(qū)104中形成具有n型傳導(dǎo)性的第一區(qū)110。在n阱區(qū)104中形成具有p型傳導(dǎo)性的第二區(qū)112，且通過(guò)所述隔離結(jié)構(gòu)108中的一者將所述第二區(qū)112與 第一區(qū)分離。在p阱區(qū)106中形成具有n型傳導(dǎo)性的第三區(qū)114，且通過(guò)所述隔離結(jié) 構(gòu)108中的一者將所述第三區(qū)114與第二區(qū)112分離。還在p阱區(qū)106中形成具有p 型傳導(dǎo)性的第四區(qū)116，且通過(guò)所述隔離結(jié)構(gòu)108中的另一者將所述第四區(qū)116與第 三區(qū)114分離。
第一區(qū)110和第二區(qū)112連接到待保護(hù)裝置的墊118。第三區(qū)114和第四區(qū)116 連接到處于參考電位的第二端子(通常是接地)。裝置IOO在所述墊118與所述第二端 子120之間存在高阻抗的情況下在高阻抗?fàn)顟B(tài)下操作，且在所述墊118與所述端子120 之間存在低阻抗的情況下在低阻抗?fàn)顟B(tài)下操作?？墒寡b置100進(jìn)入低阻抗?fàn)顟B(tài)以減輕 或防止將高電壓施加到受保護(hù)裝置。
最初，在不施加電壓的情況下，裝置IOO處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。然而，當(dāng)相對(duì)于第二 端子120向墊U8施加觸發(fā)電壓或更高電壓時(shí)，裝置100從高阻抗?fàn)顟B(tài)改變?yōu)榈妥杩?狀態(tài)。此時(shí)，n阱區(qū)104變成反向偏置且擊穿。擊穿效應(yīng)是注射在第二端子120處收 集的正載流子。因而，裝置進(jìn)入低阻抗，且將電流從墊U8傳導(dǎo)到第二端子120。只 要相對(duì)于第二端子120向墊118施加保持電壓或更高電壓，裝置100便保持低阻抗?fàn)?態(tài)。
圖1A還包括上覆于裝置的橫截面圖上的等效示意圖。將n阱區(qū)104的電阻描繪 為RN，將半導(dǎo)體主體102的電阻描繪為RSUB，將由第二區(qū)112、 n阱區(qū)104和半導(dǎo) 體主體102形成的pnp晶體管描繪為T(mén)N，且將由n阱區(qū)104、 p阱區(qū)106和第三區(qū)114 形成的叩n晶體管描繪為T(mén)P。
圖1B說(shuō)明圖1A的裝置100的等效示意圖。所述等效示意圖在本質(zhì)上是說(shuō)明性的， 且沒(méi)有必要俘獲裝置100的所有操作特性。
圖1B的示意圖包括RN電阻器、TN晶體管、TP晶體管和RSUB電阻器，所述電 阻器和晶體管在上文中也相對(duì)于圖1A進(jìn)行描述。墊118連接到RN電阻器的第一端子 和TN晶體管的發(fā)射極，所述TN晶體管是PNP型雙極結(jié)晶體管。TN晶體管的基極連 接到RN電阻器的第二端子和TP晶體管的集電極，所述TP晶體管是NPN型雙極結(jié) 晶體管。TN晶體管的集電極連接到RSUB電阻器的第一端子和TP晶體管的基極。TP 晶體管的發(fā)射極和RSUB電阻器的第二端子連接到第二端子120。
在沒(méi)有向墊118和第二端子120施加電壓的情況下，示意圖最初處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。 TN晶體管和TP晶體管兩者均是斷開(kāi)的，且防止實(shí)質(zhì)電流流動(dòng)穿過(guò)其。在相對(duì)于第二 端子120向墊118施加觸發(fā)電壓或更高電壓時(shí)，所述示意圖從高阻抗?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移到低阻抗?fàn)顟B(tài)。在施加觸發(fā)電壓或更高電壓時(shí)，n阱區(qū)104發(fā)生擊穿且電流實(shí)質(zhì)上并聯(lián)流動(dòng) 穿過(guò)TN晶體管和RSUB電阻器。向墊118施加至少保持電壓，以便通過(guò)保持TN晶 體管接通來(lái)維持低阻抗?fàn)顟B(tài)。在施加到墊118的電壓降落為低于保持電壓時(shí)，TN晶體 管斷開(kāi)且示意圖返回到高阻抗?fàn)顟B(tài)。
圖2是說(shuō)明常規(guī)SCR裝置(例如圖1A的裝置100)的典型電流-電壓特征的曲線 圖。出于說(shuō)明性目的提供所述曲線圖，以便識(shí)別與常規(guī)SCR裝置(例如圖1A的裝置 100)相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。
x軸涉及施加到常規(guī)SCR裝置的墊(例如圖1A的裝置100的墊118)的電壓。x 軸以伏特為單位。y軸涉及流動(dòng)穿過(guò)常規(guī)SCR裝置(例如從圖1的裝置100的墊118 流到第二端子120)的電流。線201表示常規(guī)SCR裝置的說(shuō)明性電流-電壓響應(yīng)。
最初，向墊施加低于觸發(fā)電壓202的電壓，這致使裝置保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。因而， 由于高阻抗?fàn)顟B(tài)的緣故，少量或沒(méi)有電流流動(dòng)穿過(guò)裝置。 一旦所施加的電壓達(dá)到觸發(fā) 電壓202，裝置接通且從高阻抗?fàn)顟B(tài)改變?yōu)榈妥杩範(fàn)顟B(tài)。在所述說(shuō)明性常規(guī)SCR裝置 中，觸發(fā)電壓恰高于10伏。 一旦裝置處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，電流增加開(kāi)始流動(dòng)穿過(guò)裝置， 如線201所示。流動(dòng)穿過(guò)裝置的電流用以降低所施加的電壓并耗散電流和功率，且進(jìn) 而保護(hù)另一半導(dǎo)體裝置或電路。只要向墊施加至少保持電壓203 (在此實(shí)例中，其恰 低于2伏)，裝置便保持低阻抗?fàn)顟B(tài)。
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于ESD保護(hù)，合適ESD裝置應(yīng)在達(dá)到破壞性電壓電平之前啟動(dòng)， 耗散多余的電壓和電流，且一旦獲得安全電壓電平，便斷開(kāi)或鈍化。經(jīng)常采用常規(guī)SCR 裝置來(lái)用于ESD保護(hù)，因?yàn)槠涮峁┫鄬?duì)較高的性能且同時(shí)需要有限的電路小片區(qū)域或 者每單位面積提供較高的ESD性能。然而，線201說(shuō)明本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)注意到的 與常規(guī)SCR裝置有關(guān)的許多問(wèn)題。常規(guī)SCR裝置的一個(gè)問(wèn)題是所需的觸發(fā)電壓太高， 例如對(duì)于觸發(fā)電壓202來(lái)說(shuō)恰高于10伏。此類(lèi)高觸發(fā)電壓不能向受保護(hù)電路和/或裝 置供應(yīng)足夠的電壓保護(hù)。作為實(shí)例，許多電路和/或半導(dǎo)體裝置可能在低于io伏的電 壓(例如，高于6伏的施加電壓)下受到破壞或毀壞。舉例來(lái)說(shuō)，薄氧化物可受高于 或等于6伏的電壓破壞或毀壞。常規(guī)SCR裝置的另一問(wèn)題是所需的保持電壓太低，例 如對(duì)于保持電壓203為低于2伏。此類(lèi)低保持電壓防止常規(guī)SCR裝置在返回到正常操 作條件時(shí)斷開(kāi)或鈍化，且可趨向于鎖定。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的硅控整流器(SCR)裝置300的橫截面圖。裝置 300是低電容和每單位面積高性能裝置。另外，裝置300采用正向注射觸發(fā)機(jī)制來(lái)代 替電擊穿，例如圖1A的常規(guī)SCR裝置IOO所采用的電擊穿機(jī)制。裝置300是PNPN結(jié)構(gòu)，且用于半導(dǎo)體裝置以通過(guò)在靜電放電事件和耗散電流期間接通或操作來(lái)減輕靜 電放電事件的破壞。因而，保護(hù)半導(dǎo)體裝置以免受靜電放電事件影響。裝置300包含半導(dǎo)體主體302，其由一個(gè)或一個(gè)以上半導(dǎo)體層組成，其中包括半 導(dǎo)體襯底(例如硅和/或一個(gè)或一個(gè)以上外延層)。在半導(dǎo)體主體302內(nèi)通過(guò)選擇性地 植入n型摻雜劑而形成n阱區(qū)304。在半導(dǎo)體主體302內(nèi)且在鄰近于n阱區(qū)304處通 過(guò)選擇性地植入p型摻雜劑而形成p阱區(qū)306。在半導(dǎo)體主體302內(nèi)形成一個(gè)或一個(gè) 以上隔離結(jié)構(gòu)308，以隔離裝置300的各個(gè)區(qū)且界定有源區(qū)。在n阱區(qū)304中形成具有n型傳導(dǎo)性的第一區(qū)310。在n阱區(qū)304中形成具有p 型傳導(dǎo)性的第二區(qū)312,且通過(guò)所述隔離結(jié)構(gòu)308中的一者將所述第二區(qū)312與第一 區(qū)分離。在p阱區(qū)306中形成具有n型傳導(dǎo)性的第三區(qū)314，且通過(guò)所述隔離結(jié)構(gòu)308 中的一者將所述第三區(qū)314與第二區(qū)312分離。還在p阱區(qū)306中形成具有p型傳導(dǎo) 性的第四區(qū)316，且通過(guò)所述隔離結(jié)構(gòu)308中的另一者將所述第四區(qū)316與第三區(qū)314 分離。第二區(qū)312連接到待保護(hù)裝置的墊318。第一區(qū)310、第三區(qū)314和第四區(qū)316連 接到處于參考電位的第二端子320 (通常是接地)。裝置300在所述墊318與所述第二 端子320之間存在高阻抗的情況下在高阻抗?fàn)顟B(tài)下操作，且在所述墊318與所述端子 320之間存在低阻抗的情況下在低阻抗?fàn)顟B(tài)下操作?？墒寡b置300進(jìn)入低阻抗?fàn)顟B(tài)以 減輕或防止將高電壓施加到受保護(hù)裝置。在沒(méi)有將電壓施加在墊318和第二端子320上的情況下，裝置300處于高阻抗?fàn)?態(tài)(還稱為斷開(kāi)或鈍化狀態(tài))。然而，當(dāng)相對(duì)于第二端子320向墊318施加觸發(fā)電壓或 更高電壓時(shí)，裝置300從高阻抗?fàn)顟B(tài)改變?yōu)榈妥杩範(fàn)顟B(tài)(還稱為接通或啟動(dòng)狀態(tài))。此 時(shí)，發(fā)生正向注射且導(dǎo)致造成低阻抗并將電流從墊318傳導(dǎo)到第二端子320。只要相 對(duì)于第二端子320向墊318施加保持電壓或更高電壓，裝置300便保持低阻抗?fàn)顟B(tài)。裝置300所獲得的觸發(fā)電壓和保持電壓被稱為基極或未修改觸發(fā)電壓和保持電 壓。 一般來(lái)說(shuō)，基極觸發(fā)電壓和保持電壓太低而不能用于對(duì)一些裝置進(jìn)行ESD保護(hù)。 在另一方面中，下文所描述，添加準(zhǔn)許選擇且/或調(diào)整觸發(fā)電壓和保持電壓的觸發(fā)元件。圖3A還包括上覆于裝置的橫截面圖上的等效示意圖。將n阱區(qū)304的電阻描繪 為RN,將半導(dǎo)體主體302的電阻描繪為RSUB，將由第二區(qū)312、 n阱區(qū)304和半導(dǎo) 體主體302形成的p叩晶體管描繪為T(mén)N，且將由n阱區(qū)304、 p阱區(qū)306和第三區(qū)314 形成的叩n晶體管描繪為T(mén)P。還應(yīng)注意到，本發(fā)明還包括若干替代方面，其中顛倒所述導(dǎo)電性，從而產(chǎn)生NPNP結(jié)構(gòu)。圖3B說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的圖3A的裝置300的等效示意圖。所述等效示意 圖在本質(zhì)上是說(shuō)明性的，且沒(méi)有必要俘獲裝置300的所有操作特性。圖3B的示意圖包括RN電阻器、TN晶體管、TP晶體管和RSUB電阻器，所述電 阻器和晶體管也在上文中相對(duì)于圖3A進(jìn)行描述。墊318連接到TN晶體管的發(fā)射極， 所述TN晶體管是PNP型雙極結(jié)晶體管。TN晶體管的基極連接到RN電阻器的第一端 子和TP晶體管的集電極，所述TP晶體管是NPN型雙極結(jié)晶體管。TN晶體管的集電 極連接到RSUB電阻器的第一端子和TP晶體管的基極。TP晶體管的發(fā)射極、RSUB 電阻器的第二端子和RN電阻器的第二端子連接到第二端子320。在沒(méi)有向墊318和第二端子320施加電壓的情況下，示意圖最初處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。 TN晶體管和TP晶體管兩者均是斷開(kāi)的，且防止實(shí)質(zhì)電流流動(dòng)穿過(guò)其。在相對(duì)于第二 端子320向墊318施加觸發(fā)電壓或更高電壓時(shí)，所述示意圖從高阻抗?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移到低阻 抗?fàn)顟B(tài)。在施加觸發(fā)電壓或更高電壓時(shí)，發(fā)生正向注射且電流實(shí)質(zhì)上流動(dòng)穿過(guò)TN晶 體管和RSUB電阻器。向墊318施加至少保持電壓，以便通過(guò)保持TN晶體管接通來(lái) 維持低阻抗?fàn)顟B(tài)。在施加到墊318的電壓降落為低于保持電壓時(shí)，TN晶體管斷開(kāi)且示 意圖返回到高阻抗?fàn)顟B(tài)。圖4是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的SCR裝置(例如圖3A的裝置300)的說(shuō)明性電流-電壓 特征的曲線圖。出于說(shuō)明性目的提供所述曲線圖，以便促進(jìn)理解本發(fā)明。x軸涉及施加到所述SCR裝置的墊(例如圖3A的裝置300的墊318)的電壓。y 軸涉及流動(dòng)穿過(guò)所述SCR裝置(例如從圖3的裝置300的墊318流到第二端子320) 的電流。線401表示所述SCR裝置的說(shuō)明性電流-電壓響應(yīng)。開(kāi)始，向墊施加低于觸發(fā)電壓402的電壓，這致使裝置保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。因而， 由于高阻抗?fàn)顟B(tài)的緣故，少量或沒(méi)有電流流動(dòng)穿過(guò)裝置。增加施加到墊和第二端子的 電壓，直到其達(dá)到觸發(fā)電壓402為止。此時(shí)，裝置啟動(dòng)且從高阻抗?fàn)顟B(tài)改變?yōu)榈妥杩?狀態(tài)。請(qǐng)注意，在此實(shí)例中，觸發(fā)電壓402相對(duì)較低(約2伏)。此觸發(fā)電壓402比常 規(guī)SCR裝置的觸發(fā)電壓202低得多。然而，觸發(fā)電壓402可能對(duì)于一些待保護(hù)的半導(dǎo) 體裝置和/或電路來(lái)說(shuō)太低。因而，SCR裝置可能會(huì)通過(guò)在不需要時(shí)交互或啟動(dòng)來(lái)干擾 此類(lèi)裝置的正常操作。一旦裝置處于低阻抗?fàn)顟B(tài)或啟動(dòng)，電流便流動(dòng)穿過(guò)裝置，如線401所示。流動(dòng)穿 過(guò)裝置的電流用以降低所施加電壓且耗散電流和功率，且進(jìn)而保護(hù)另一半導(dǎo)體裝置或 電路。只要施加至少保持電壓403 (在此實(shí)例中，其高于l伏)，裝置便保持低阻抗?fàn)顟B(tài)。在此實(shí)例中，保持電壓403低于圖2的常規(guī)SCR裝置的保持電壓203，然而，本 發(fā)明不限于低于常規(guī)SCR裝置的保持電壓，且可包括等于且/或高于常規(guī)SCR裝置的 保持電壓。保持電壓403在此實(shí)例中相對(duì)較低，且可導(dǎo)致例如鎖定條件等問(wèn)題。圖5A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的硅控整流器(SCR)裝置500的橫截面圖。裝置 500是低電容和每單位面積高性能裝置且包括觸發(fā)元件，所述觸發(fā)元件準(zhǔn)許調(diào)整且/或 選擇經(jīng)更改觸發(fā)電壓和保持電壓而并非基極觸發(fā)電壓和保持電壓。類(lèi)似于圖3的裝置 300，裝置500改為采用正向注射觸發(fā)機(jī)制。裝置500是PNPN結(jié)構(gòu)，且用于半導(dǎo)體裝 置以通過(guò)在靜電放電事件和耗散電流期間接通或操作來(lái)減輕來(lái)自靜電放電事件的破 壞。因而，保護(hù)主體半導(dǎo)體裝置以免受靜電放電事件影響。裝置500在結(jié)構(gòu)和配置上類(lèi)似于圖3的裝置300，只是在第一區(qū)510與第二端子 520之間存在觸發(fā)元件522。因此，省略對(duì)共同元件的一些描述。裝置500包含半導(dǎo)體主體502，其中在半導(dǎo)體主體502內(nèi)通過(guò)選擇性地植入n型 摻雜劑而形成n阱區(qū)504。在半導(dǎo)體主體502內(nèi)且在鄰近于n阱區(qū)504處通過(guò)選擇性 植入p型摻雜劑而形成p阱區(qū)506。在半導(dǎo)體主體502內(nèi)形成一個(gè)或一個(gè)以上隔離結(jié) 構(gòu)508，以隔離裝置500的各個(gè)區(qū)且界定有源區(qū)。在n阱區(qū)504中形成具有n型傳導(dǎo)性的第一區(qū)510。在n阱區(qū)504中形成具有p 型傳導(dǎo)性的第二區(qū)512，且通過(guò)所述隔離結(jié)構(gòu)508中的一者將所述第二區(qū)512與第一 區(qū)分離。在p阱區(qū)506中形成具有n型傳導(dǎo)性的第三區(qū)514，且通過(guò)所述隔離結(jié)構(gòu)508 中的一者將所述第三區(qū)514與第二區(qū)512分離。還在p阱區(qū)506中形成具有p型傳導(dǎo) 性的第四區(qū)516，且通過(guò)所述隔離結(jié)構(gòu)508中的另一者將所述第四區(qū)516與第三區(qū)514 分離。在半導(dǎo)體主體502內(nèi)部或上方形成觸發(fā)元件522。在本發(fā)明的替代方面中，觸 發(fā)元件可形成為與半導(dǎo)體主體502分離。第二區(qū)512連接到待保護(hù)裝置的墊518。觸發(fā)元件522、第三區(qū)514和第四區(qū)516 連接到處于參考電位的第二端子520 (通常是接地)。第一區(qū)510連接到觸發(fā)元件522。 裝置500在所述墊518與所述第二端子520之間存在高阻抗的情況下在高阻抗?fàn)顟B(tài)下 操作，且在所述墊518與所述端子520之間存在低阻抗的情況下在低阻抗?fàn)顟B(tài)下操作。 可使裝置500進(jìn)入低阻抗?fàn)顟B(tài)以減輕或防止將高電壓施加到受保護(hù)裝置。觸發(fā)元件522產(chǎn)生并準(zhǔn)許用于裝置500的經(jīng)更改觸發(fā)電壓和保持電壓來(lái)代替圖3 的裝置300的基極觸發(fā)電壓和保持電壓。所述經(jīng)更改觸發(fā)電壓大于或等于基極觸發(fā)電 壓，且所述經(jīng)更改保持電壓大于或等于基極保持電壓。觸發(fā)元件522在第一區(qū)510與第二端子520之間形成電壓差或電壓偏移。所形成的電壓偏移添加到基極觸發(fā)電壓和基極保持電壓以獲得經(jīng)更改觸發(fā)電壓和經(jīng)更改保持 電壓。觸發(fā)元件522可包含一個(gè)或一個(gè)以上單獨(dú)組件，以便獲得電壓偏移。在一個(gè)實(shí) 例中，觸發(fā)元件522僅僅是短路，其產(chǎn)生等于基極觸發(fā)電壓的經(jīng)更改觸發(fā)電壓和等于 基極保持電壓的經(jīng)更改保持電壓。在另一實(shí)例中，觸發(fā)元件522包含一個(gè)或一個(gè)以上 二極管，其產(chǎn)生較高的經(jīng)更改觸發(fā)電壓和經(jīng)更改保持電壓。在又一實(shí)例中，NMOS或 PMOS晶體管裝置與接地柵極或柵極耦合一起采用，以便獲得經(jīng)更改觸發(fā)電壓和保持 電壓。下文描述可用于觸發(fā)元件522的合適配置的一些更具體實(shí)例。在沒(méi)有將電壓施加在墊518和第二端子520上的情況下，裝置500處于高阻抗?fàn)?態(tài)(還稱為斷開(kāi)或鈍化狀態(tài))。然而，當(dāng)相對(duì)于第二端子520向墊518施加經(jīng)更改觸發(fā) 電壓或更高電壓時(shí)，裝置500從高阻抗?fàn)顟B(tài)改變?yōu)榈妥杩範(fàn)顟B(tài)(還稱為接通或啟動(dòng)狀 態(tài))。此時(shí)，發(fā)生正向注射且導(dǎo)致造成低阻抗并將電流從墊518傳導(dǎo)到第二端子520。 只要相對(duì)于第二端子520向墊518施加經(jīng)更改保持電壓或更高電壓，裝置500便保持 低阻抗?fàn)顟B(tài)。由于觸發(fā)元件522的緣故，裝置500所獲得的觸發(fā)電壓和保持電壓是可選擇的且/ 或可配置的。因而，可選擇經(jīng)更改觸發(fā)電壓，以便對(duì)特定裝置提供ESD保護(hù)。通常， 將經(jīng)更改觸發(fā)電壓選擇為大于操作電壓但小于特定裝置的毀壞性或破壞性電壓。類(lèi)似 地，可選擇經(jīng)更改保持電壓，以便準(zhǔn)許ESD保護(hù)而不會(huì)遇到鎖定條件。通常，將經(jīng)更 改保持電壓選擇為低于特定受保護(hù)裝置的操作電壓范圍。另外，圖5A包括上覆于裝置的橫截面圖上的等效示意圖。出于說(shuō)明性目的來(lái)提 供等效示意圖。將n阱區(qū)504的電阻描繪為RN，將半導(dǎo)體主體502的電阻描繪為RSUB， 將由第二區(qū)512、 n阱區(qū)504和半導(dǎo)體主體502形成的pnp晶體管描繪為T(mén)N，且將由 n阱區(qū)504、 p阱區(qū)506和第三區(qū)514形成的叩n晶體管描繪為T(mén)P。圖5B說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的圖5A的裝置500的等效示意圖。所述等效示意 圖在本質(zhì)上是說(shuō)明性的，且沒(méi)有必要俘獲裝置500的所有操作特性。圖5B的示意圖包括RN電阻器、觸發(fā)元件522、 TN晶體管、TP晶體管和RSUB 電阻器，所述元件也在上文中相對(duì)于圖5A進(jìn)行描述。墊518連接到TN晶體管的發(fā)射 極，所述TN晶體管是PNP型雙極結(jié)晶體管。TN晶體管的基極連接到RN電阻器的第 一端子和TP晶體管的集電極，所述TP晶體管是NPN型雙極結(jié)晶體管。TN晶體管的 集電極連接到RSUB電阻器的第一端子和TP晶體管的基極。TP晶體管的發(fā)射極和 RSUB電阻器的第二端子連接到第二端子520。 RN電阻器的第二端子連接到觸發(fā)元件 522，觸發(fā)元件522本身連接到第二端子520。在沒(méi)有向墊518和第二端子520施加電壓的情況下，示意圖最初處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。 TN晶體管和TP晶體管兩者均是斷開(kāi)的，且防止實(shí)質(zhì)電流流動(dòng)穿過(guò)其。在相對(duì)于第二 端子520向墊518施加觸發(fā)電壓或更高電壓時(shí)，所述示意圖從高阻抗?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移到低阻 抗?fàn)顟B(tài)。由于觸發(fā)元件522的緣故，經(jīng)更改觸發(fā)電壓至少等于基極觸發(fā)電壓。在所施 加電壓現(xiàn)在等于或大于經(jīng)更改觸發(fā)電壓時(shí)，發(fā)生正向注射且電流實(shí)質(zhì)上流動(dòng)穿過(guò)TN 晶體管和RSUB電阻器。向墊518施加至少經(jīng)更改保持電壓，以便通過(guò)保持TN晶體 管接通來(lái)維持低阻抗?fàn)顟B(tài)。在施加到墊518的電壓降落為低于保持電壓時(shí)，TN晶體管 斷開(kāi)且示意圖返回到高阻抗?fàn)顟B(tài)。圖6是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的具有觸發(fā)元件的SCR裝置(例如圖5A的裝置500)的 說(shuō)明性電流-電壓特征的曲線圖。所述裝置的觸發(fā)元件準(zhǔn)許經(jīng)更改觸發(fā)電壓和保持電壓 與所述SCR裝置一起采用。出于說(shuō)明性目的提供所述曲線圖，以便促進(jìn)理解本發(fā)明。x軸涉及施加到所述SCR裝置的墊(例如圖5A的裝置500的墊518)的電壓。y 軸涉及流動(dòng)穿過(guò)所述SCR裝置(例如從圖5的裝置500的墊518流到第二端子520) 的電流。圖6中描繪三條不同曲線，其描繪觸發(fā)元件的各種實(shí)施方案。線601表示利用短 路作為觸發(fā)元件的第一 SCR裝置的說(shuō)明性電流-電壓響應(yīng)。此第一 SCR裝置在基極觸 發(fā)電壓602和基極保持電壓603下操作。另一線611表示利用單個(gè)二極管作為觸發(fā)器 元件的第二 SCR裝置的說(shuō)明性電流-電壓響應(yīng)。此第二 SCR裝置在經(jīng)更改觸發(fā)電壓612 和經(jīng)更改保持電壓613下操作，所述經(jīng)更改電壓從基極觸發(fā)電壓和保持電壓增加單個(gè) 二極管上的電壓降。又一線621表示利用串聯(lián)連接的兩個(gè)二極管作為觸發(fā)元件的第三 .SCR裝置的說(shuō)明性電流-電壓響應(yīng)。第三SCR裝置用經(jīng)更改觸發(fā)電壓622和經(jīng)更改保 持電壓623進(jìn)行操作，所述經(jīng)更改電壓從基極觸發(fā)電壓和保持電壓增加所述串聯(lián)連接 的兩個(gè)二極管上的電壓降，所述電壓降是第二 SCR裝置的量的兩倍。圖6的曲線圖說(shuō)明如何通過(guò)更改觸發(fā)元件來(lái)獲得不同的經(jīng)更改觸發(fā)電壓和保持電 壓。因此，可配置觸發(fā)元件，以便獲得對(duì)于待保護(hù)的半導(dǎo)體裝置來(lái)說(shuō)恰當(dāng)或合適的經(jīng) 更改觸發(fā)電壓和保持電壓。下文提供圖7A到7G以便說(shuō)明可根據(jù)本發(fā)明而采用的合適觸發(fā)元件的實(shí)例。所述 實(shí)例在本質(zhì)上是說(shuō)明性的，且不希望限制或防止根據(jù)本發(fā)明采用其它合適的觸發(fā)元件。 另外，根據(jù)本發(fā)明準(zhǔn)許對(duì)以下實(shí)例作出改變。圖7A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的利用一系列二極管作為觸發(fā)元件722的SCR裝置 700的橫截面圖。所述裝置700是低電容和每單位面積高性能裝置且包括觸發(fā)元件，所述觸發(fā)元件準(zhǔn)許調(diào)整且/或選擇經(jīng)更改觸發(fā)電壓和保持電壓而并非基極觸發(fā)電壓和 保持電壓。裝置700在結(jié)構(gòu)和配置上類(lèi)似于圖3的裝置500，只是在第一區(qū)710與第二端子 720之間存在觸發(fā)元件722。因此，省略對(duì)共同元件的一些描述。裝置700包含半導(dǎo)體主體702，其中在半導(dǎo)體主體702內(nèi)通過(guò)選擇性地植入n型 摻雜劑而形成n阱區(qū)704。在半導(dǎo)體主體702內(nèi)且在鄰近于n阱區(qū)704處通過(guò)選擇性 地植入p型摻雜劑而形成p阱區(qū)706。在半導(dǎo)體主體702內(nèi)形成一個(gè)或一個(gè)以上隔離 結(jié)構(gòu)708，以隔離裝置700的各個(gè)區(qū)且界定有源區(qū)。在n阱區(qū)704中形成具有n型傳導(dǎo)性的第一區(qū)710。在n阱區(qū)704中形成具有p 型傳導(dǎo)性的第二區(qū)712，且通過(guò)所述隔離結(jié)構(gòu)708中的一者將所述第二區(qū)712與第一 區(qū)分離。在p阱區(qū)706中形成具有n型傳導(dǎo)性的第三區(qū)714，且通過(guò)所述隔離結(jié)構(gòu)708 中的一者將所述第三區(qū)714與第二區(qū)712分離。還在p阱區(qū)706中形成具有p型傳導(dǎo) 性的第四區(qū)716，且通過(guò)所述隔離結(jié)構(gòu)708中的另一者將所述第四區(qū)716與第三區(qū)714 分離。在半導(dǎo)體主體702內(nèi)部或上方形成觸發(fā)元件722。在本發(fā)明的替代方面中，觸 發(fā)元件可形成為與半導(dǎo)體主體702分離。第二區(qū)712連接到待保護(hù)裝置的墊718。觸發(fā)元件722、第三區(qū)714和第四區(qū)716 連接到處于參考電位的第二端子720 (通常是接地)。第一區(qū)710連接到觸發(fā)元件722。 在第二區(qū)712與第三區(qū)714之間需要最小間隔724，以獲得裝置的恰當(dāng)操作。觸發(fā)元件722由連接在第一區(qū)710與第二端子720之間的一系列二極管組成。所 存在的二極管的數(shù)目決定觸發(fā)電壓。舉例來(lái)說(shuō)，所述二極管可在半導(dǎo)體主體702內(nèi)形 成作為形成在n阱區(qū)內(nèi)的p型傳導(dǎo)性區(qū)。圖7B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的利用接地柵極NMOS晶體管作為觸發(fā)元件722的 SCR裝置700的橫截面圖。此視圖在本質(zhì)上是說(shuō)明性的，且經(jīng)提供以促進(jìn)理解本發(fā)明。此處，采用接地柵極NMOS晶體管作為觸發(fā)元件來(lái)代替一系列二極管。NMOS晶 體管的柵極連接到第二端子(或接地)。接地柵極NMOS晶體管的擊穿會(huì)更改裝置700 的觸發(fā)電壓和保持電壓。圖7C是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的利用柵極耦合NMOS晶體管作為觸發(fā)元件722的 SCR裝置700的橫截面圖。此視圖在本質(zhì)上是說(shuō)明性的，且經(jīng)提供以促進(jìn)理解本發(fā)明。此處，采用柵極耦合NMOS晶體管作為觸發(fā)元件722。電容器的第一端子和NMOS 晶體管的源極連接到第一區(qū)710。晶體管的柵極連接到電容器的第二端子、電阻器的 第一端子和第二端子720。電阻器的第二端子和晶體管的漏極還連接到第二端子720。NMOS晶體管的擊穿電壓決定所述經(jīng)更改觸發(fā)電壓和所述經(jīng)更改保持電壓。
圖7D是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的利用級(jí)聯(lián)NMOS電路作為觸發(fā)元件722的SCR裝 置700的橫截面圖。此視圖在本質(zhì)上是說(shuō)明性的，且經(jīng)提供以促進(jìn)理解本發(fā)明。
所述級(jí)聯(lián)電路包含第一 NMOS晶體管726和第二 NMOS晶體管728。所述第一 NMOS晶體管726的源極連接到第一區(qū)710。所述NMOS晶體管726的漏極連接到所 述第二 NMOS晶體管728的源極。第一 NMOS晶體管726的柵極、第二 NMOS晶體 管728的柵極和第二 NMOS晶體管的漏極連接到第二端子720。級(jí)聯(lián)電路的擊穿值決 定裝置700的經(jīng)更改觸發(fā)電壓和保持電壓。
圖7E是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的利用接地漏極PMOS晶體管作為觸發(fā)元件722的 SCR裝置700的橫截面圖。此視圖在本質(zhì)上是說(shuō)明性的，且經(jīng)提供以促進(jìn)理解本發(fā)明。
觸發(fā)元件722包含PMOS晶體管。所述晶體管的漏極連接到第二端子720，且晶 體管的源極和柵極連接到第一區(qū)710。接地漏極PMOS晶體管的擊穿值決定裝置700 的觸發(fā)電壓和保持電壓。
圖7F是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的利用柵極耦合PMOS晶體管作為觸發(fā)元件722的 SCR裝置700的橫截面圖。此視圖在本質(zhì)上是說(shuō)明性的，且經(jīng)提供以促進(jìn)理解本發(fā)明。
觸發(fā)元件722包含PMOS晶體管。所述晶體管的漏極連接到第二端子720。所述 晶體管的源極連接到第一區(qū)710和電阻器的第一端子。晶體管的柵極連接到電阻器的 第二端子和電容器的第一端子。電容器的第二端子還連接到第二端子720。柵極耦合 PMOS晶體管的擊穿值決定裝置700的觸發(fā)電壓和保持電壓。
圖7G是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的利用級(jí)聯(lián)PMOS電路作為觸發(fā)元件722的SCR裝 置700的橫截面圖。此視圖在本質(zhì)上是說(shuō)明性的，且經(jīng)提供以促進(jìn)理解本發(fā)明。
所述級(jí)聯(lián)電路包含第一 PMOS晶體管726和第二 PMOS晶體管728。第一 PMOS 晶體管726和第二 PMOS晶體管728可形成在單獨(dú)n阱區(qū)或共同n阱區(qū)中。如果形成 在單獨(dú)n阱區(qū)中，其導(dǎo)致比在形成在共同n阱區(qū)中的情況高的觸發(fā)電壓。
第一 NMOS晶體管726的源極連接到第一區(qū)710。第一 NMOS晶體管726的漏極 連接到第二 NMOS晶體管728的源極。第一 NMOS晶體管726的柵極、第二 NMOS 晶體管728的柵極和第二 NMOS晶體管的漏極連接到第一區(qū)710。級(jí)聯(lián)PMOS電路的 擊穿值決定裝置700的經(jīng)更改觸發(fā)電壓和保持電壓。
圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的制造和利用具有觸發(fā)元件的SCR裝置的方法800的 流程圖。方法800制造具有產(chǎn)生相對(duì)較低電容和每單位面積高性能的配置的SCR裝置。 所述方法800包括形成允許調(diào)節(jié)和/或選擇觸發(fā)電壓和保持電壓的觸發(fā)元件。盡管出于簡(jiǎn)化解釋目的，將所述方法800描繪為連續(xù)執(zhí)行。但應(yīng)了解和明白，本 發(fā)明不受所說(shuō)明的次序限制，因?yàn)橐恍┓矫婵筛鶕?jù)本發(fā)明以不同次序和/或與除本文描 繪和描述之外的方面同時(shí)發(fā)生。此外，可能并不需要所有所說(shuō)明的特征來(lái)實(shí)施根據(jù)本 發(fā)明一個(gè)方面的方法。
所述方法800在方框802處開(kāi)始，其中在半導(dǎo)體主體內(nèi)形成隔離區(qū)，進(jìn)而在其間 界定有源區(qū)。隔離區(qū)可形成為淺溝道隔離區(qū)(STI)或其它合適的隔離結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體主 體由一個(gè)或一個(gè)以上半導(dǎo)體層組成，例如硅襯底、外延層、摻雜層、未摻雜層等。
在方框804處，在半導(dǎo)體主體的有源區(qū)內(nèi)形成n阱區(qū)。通過(guò)選擇性地植入n型摻 雜劑來(lái)形成所述n阱區(qū)。在方框806處，還在半導(dǎo)體主體的有源區(qū)內(nèi)形成p阱區(qū)。通 過(guò)選擇性地植入p型摻雜劑來(lái)形成所述p阱區(qū)。應(yīng)了解，根據(jù)本發(fā)明的替代方法，可 替代地通過(guò)采用經(jīng)適當(dāng)摻雜的襯底材料來(lái)形成所述n阱區(qū)和p阱區(qū)中的一者，例如針 對(duì)p阱區(qū)釆用p摻雜外延層。
在方框808處，在n阱區(qū)中形成具有n型傳導(dǎo)性的第一區(qū)。通過(guò)選擇性地以選定 劑量和濃度植入n型摻雜劑來(lái)形成第一區(qū)。在方框810處，在n阱區(qū)中形成具有p型 傳導(dǎo)性的第二區(qū)，且通過(guò)所述隔離結(jié)構(gòu)中的一者將其與第一區(qū)分離。通過(guò)以選定劑量 和濃度選擇性地植入p型摻雜劑來(lái)形成所述第二區(qū)。
在方框812處，在p阱區(qū)中形成具有n型傳導(dǎo)性的第三區(qū)，且通過(guò)所述隔離結(jié)構(gòu) 中的一者將其與第二區(qū)分離。通過(guò)以選定劑量和濃度選擇性地植入n型摻雜劑來(lái)形成 所述第三區(qū)。在方框814處，還在p阱區(qū)中形成具有p型傳導(dǎo)性的第四區(qū)，且通過(guò)所
述隔離結(jié)構(gòu)中的另一者將其與第三區(qū)分離。
在方框816處，與第一區(qū)接觸地形成觸發(fā)元件。在一個(gè)實(shí)例中，所述觸發(fā)元件可 形成在半導(dǎo)體主體內(nèi)、上或上方。在另一實(shí)例中，觸發(fā)元件可形成在單獨(dú)裝置中。
觸發(fā)元件形成為一個(gè)或一個(gè)以上獨(dú)立裝置，例如二極管、NMOS、 PMOS晶體管 等，其經(jīng)一起配置以產(chǎn)生經(jīng)更改觸發(fā)電壓和經(jīng)更改保持電壓。觸發(fā)元件經(jīng)形成以使得 經(jīng)更改觸發(fā)電壓和經(jīng)更改保持電壓適合于受保護(hù)裝置。
在方框818處形成通常連接到待保護(hù)的裝置或電路的墊，且其連接到第二區(qū)。所 述墊由傳導(dǎo)材料(例如銅或鎢)組成。此到第二區(qū)的連接可以是(例如)傳導(dǎo)插銷(xiāo)或 觸點(diǎn)、傳導(dǎo)層和/或其組合。
在方框820處將第二端子形成為與觸發(fā)元件、第三區(qū)和第四區(qū)接觸。通常，第二 端子連接到接地或通常比所述墊所位于的電位低的另一參考電位。此到觸發(fā)元件、第 三區(qū)和第四區(qū)的連接可以是(例如)傳導(dǎo)插銷(xiāo)或觸點(diǎn)、傳導(dǎo)層和/或其組合。第二端子也由傳導(dǎo)材料組成。
圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的形成可與SCRESD裝置一起采用的觸發(fā)元件的方法 卯0。所述方法900形成觸發(fā)元件，以便提供根據(jù)受保護(hù)裝置的操作特征而選擇的經(jīng)更 改觸發(fā)電壓和經(jīng)更改保持電壓。
盡管出于簡(jiǎn)化解釋目的，將方法900描繪為連續(xù)執(zhí)行。應(yīng)了解和理解，本發(fā)明不 受所說(shuō)明的次序限制，因?yàn)橐恍┓矫婵筛鶕?jù)本發(fā)明以不同次序和/或與除本文描繪和描 述之外的方面同時(shí)發(fā)生。此外，可能并不需要所有所說(shuō)明的特征來(lái)實(shí)施根據(jù)本發(fā)明一 個(gè)方面的方法。
所述方法在方框902處開(kāi)始，其中提供SCRESD裝置，其由正向注射觸發(fā)且具有 基極觸發(fā)電壓和基極保持電壓。SCR裝置類(lèi)似于由圖8的方法800形成的裝置、圖3 的裝置300、圖5的裝置500和其合適變體。
在方框904處提供受保護(hù)裝置的操作特征。所述操作特征包括最大或擊穿電壓、 操作電壓范圍等。
在方框906處通過(guò)從基極觸發(fā)電壓減去基極保持電壓來(lái)確定所述裝置的SCR偏移 電壓。在替代方面，可在方框902中提供所述偏移電壓，進(jìn)而避免在方框906處對(duì)其 進(jìn)行確定。
在方框908處根據(jù)至少所述操作特征和SCR偏移電壓來(lái)選擇經(jīng)更改觸發(fā)電壓和經(jīng) 更改保持電壓。 一般來(lái)說(shuō)，所述經(jīng)更改觸發(fā)電壓經(jīng)選擇以便小于或等于所述受保護(hù)裝 置的最大或擊穿電壓。這準(zhǔn)許在向受保護(hù)裝置施加破壞性電壓電平之前觸發(fā)SCRESD 裝置。所述經(jīng)更改保持電壓通常經(jīng)選擇以便小于或低于受保護(hù)裝置的操作電壓范圍。 因而，可減輕鎖定條件等。請(qǐng)注意，在本發(fā)明的此方面中，經(jīng)更改觸發(fā)電壓與經(jīng)更改 保持電壓之間的差值大約等于所述偏移值。
在方框910處根據(jù)所述經(jīng)更改觸發(fā)電壓和經(jīng)更改保持電壓來(lái)選擇觸發(fā)元件的組 合。 一般來(lái)說(shuō)，所述觸發(fā)元件經(jīng)組成以便產(chǎn)生更改的電壓偏移，其添加到基極觸發(fā)電 壓和基極保持電壓以產(chǎn)生經(jīng)更改觸發(fā)電壓和經(jīng)更改保持電壓。所述更改的電壓偏移是 觸發(fā)元件的傳導(dǎo)特征的函數(shù)。
作為實(shí)例，許多二極管單獨(dú)具有約0.7伏的壓降、約2伏的基極觸發(fā)電壓和約1 伏的基極保持電壓。而且，選擇約4.1伏的經(jīng)更改觸發(fā)電壓和約3.1伏的經(jīng)更改保持電 壓。串聯(lián)連接的二極管中的三個(gè)二極管產(chǎn)生2.1伏的更改的電壓偏移，且產(chǎn)生本實(shí)例 的經(jīng)更改觸發(fā)電壓和經(jīng)更改基極電壓。
接著，在方框912處根據(jù)選定組合來(lái)形成觸發(fā)元件。觸發(fā)元件經(jīng)形成以便與在方框902處提供的SCRESD裝置的第一區(qū)和第二端子接觸。作為實(shí)例，可通過(guò)在半導(dǎo)體 主體內(nèi)形成一個(gè)或一個(gè)以上n型阱區(qū)且在其中形成p型區(qū)來(lái)形成二極管?？山又纬?傳導(dǎo)層和/或觸點(diǎn)以串聯(lián)連接所述二極管并將所述二極管連接到SCR ESD裝置。請(qǐng)注 意，觸發(fā)元件對(duì)SCR裝置的電容值具有相對(duì)微小作用或沒(méi)有作用。這是由于耗散或流 動(dòng)穿過(guò)SCR裝置的電流實(shí)質(zhì)上不會(huì)流動(dòng)穿過(guò)觸發(fā)元件的事實(shí)。
本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解，可在不脫離所主張發(fā)明的范圍的情況下 對(duì)所描述的示范性實(shí)施例和所實(shí)施的其它實(shí)施例作出修改。
權(quán)利要求
1. 一種硅整流器半導(dǎo)體裝置，其包含在半導(dǎo)體主體內(nèi)形成的第一傳導(dǎo)類(lèi)型的第一阱區(qū)；在所述第一阱區(qū)內(nèi)形成的所述第一傳導(dǎo)類(lèi)型的第一區(qū)；在所述第一阱區(qū)內(nèi)形成的第二傳導(dǎo)類(lèi)型的第二區(qū)；在所述半導(dǎo)體主體內(nèi)鄰近于所述第一阱區(qū)而形成的所述第二傳導(dǎo)類(lèi)型的第二阱區(qū)；在所述第二阱區(qū)內(nèi)形成的所述第一傳導(dǎo)類(lèi)型的第三區(qū)；在所述第二阱區(qū)內(nèi)形成的所述第二傳導(dǎo)類(lèi)型的第四區(qū)；連接到所述第一區(qū)的觸發(fā)元件，其將基極觸發(fā)電壓和基極保持電壓更改為經(jīng)更改觸發(fā)電壓和經(jīng)更改保持電壓；連接到所述第二區(qū)的第一端子；連接到所述第三區(qū)、所述第四區(qū)和所述觸發(fā)元件的第二端子；且其中所述第一端子在低阻抗?fàn)顟B(tài)期間響應(yīng)于施加到所述第一端子的所述經(jīng)更改觸發(fā)電壓而將電流傳導(dǎo)到所述第二端子。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述第一傳導(dǎo)類(lèi)型是n型，且所述第二傳導(dǎo)類(lèi) 型是p型；其中所述第一端子是陽(yáng)極，且所述第二端子是陰極；且其中所述第一 端子是墊，且所述第二端子是接地。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中響應(yīng)于低于施加到所述第一端子的所述經(jīng) 更改保持電壓的電壓而退出所述低阻抗?fàn)顟B(tài)且進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其進(jìn)一步包含連接到所述第一端子的受保護(hù)電 路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述經(jīng)更改保持電壓小于所述受保護(hù)電路的操 作電壓，且所述經(jīng)更改觸發(fā)電壓大于所述受保護(hù)電路的所述操作電壓且小于所述 受保護(hù)電路的擊穿電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述觸發(fā)元件包含形成在所述半導(dǎo)體主體內(nèi)且 連接到所述第二端子的所述第一傳導(dǎo)類(lèi)型的第五區(qū)，和形成在所述半導(dǎo)體主體內(nèi) 且連接到所述第五區(qū)和所述第一區(qū)的所述第二傳導(dǎo)類(lèi)型的第六區(qū)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述觸發(fā)元件包含多個(gè)二極管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述觸發(fā)元件包含具有接地漏極或接地柵極配置的MOS裝置。
9. 一種形成并操作帶有觸發(fā)元件的硅控整流器裝置的方法，其包含-在半導(dǎo)體主體內(nèi)形成第一傳導(dǎo)類(lèi)型的第一阱區(qū)；在所述第一阱區(qū)內(nèi)形成所述第一傳導(dǎo)類(lèi)型的第一區(qū)；在所述第一阱區(qū)內(nèi)形成第二傳導(dǎo)類(lèi)型的第二區(qū)；在所述半導(dǎo)體主體內(nèi)鄰近于所述第一阱區(qū)而形成所述第二傳導(dǎo)類(lèi)型的第二阱 區(qū)；在所述第二阱區(qū)內(nèi)形成所述第一傳導(dǎo)類(lèi)型的第三區(qū)； 在所述第二阱區(qū)內(nèi)形成所述第二傳導(dǎo)類(lèi)型的第四區(qū)；根據(jù)經(jīng)更改觸發(fā)電壓和經(jīng)更改保持電壓與所述第一區(qū)接觸地形成觸發(fā)元件； 形成連接到所述第二區(qū)的第一端子；形成連接到所述第三區(qū)、所述第四區(qū)和所述觸發(fā)元件的第二端子；在將小于所述經(jīng)更改觸發(fā)電壓的電壓施加到所述第一端子時(shí)維持所述第一端 子與所述第二端子之間的高阻抗?fàn)顟B(tài)；在將至少為所述經(jīng)更改觸發(fā)電壓的電壓施加到所述第一端子時(shí)進(jìn)入所述第一 端子與所述第二端子之間的低阻抗?fàn)顟B(tài)；以及在將小于所述經(jīng)更改保持電壓的電壓施加到所述第一端子時(shí)退出所述第一端 子與所述第二端子之間的所述低阻抗?fàn)顟B(tài)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包含根據(jù)受保護(hù)電路來(lái)選擇所述經(jīng)更改觸 發(fā)電壓和所述經(jīng)更改保持電壓。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的方法，其中所述第一傳導(dǎo)類(lèi)型是n型，且所述第二 傳導(dǎo)類(lèi)型是p型。
全文摘要
本發(fā)明提供一種帶有可選擇觸發(fā)電壓和保持電壓的硅整流器半導(dǎo)體裝置，其包括觸發(fā)元件(522)。在半導(dǎo)體主體(502)內(nèi)形成第一傳導(dǎo)類(lèi)型的第一阱區(qū)(504)。在所述第一阱區(qū)內(nèi)形成所述第一傳導(dǎo)類(lèi)型的第一區(qū)(510)。在所述第一阱區(qū)內(nèi)形成第二傳導(dǎo)類(lèi)型的第二區(qū)(512)。在所述半導(dǎo)體主體內(nèi)鄰近于所述第一阱區(qū)而形成具有所述第二傳導(dǎo)類(lèi)型的第二阱區(qū)(506)。在所述第二阱區(qū)內(nèi)形成所述第一傳導(dǎo)類(lèi)型的第三區(qū)(514)。在所述第二阱區(qū)內(nèi)形成所述第二傳導(dǎo)類(lèi)型的第四區(qū)(516)。所述觸發(fā)元件連接到所述第一區(qū)，且將基極觸發(fā)電壓和基極保持電壓更改為經(jīng)更改觸發(fā)電壓和經(jīng)更改保持電壓。第一端子或墊(518)連接到所述第二區(qū)。第二端子(502)連接到所述第三區(qū)、所述第四區(qū)和所述觸發(fā)元件。在操作中，所述第一端子在低阻抗?fàn)顟B(tài)期間響應(yīng)于正被施加到所述第一端子的所述經(jīng)更改觸發(fā)電壓而將電流傳導(dǎo)到所述第二端子。
文檔編號(hào)H01L29/74GK101288177SQ200680037955
公開(kāi)日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月11日
發(fā)明者詹路卡·博塞利 申請(qǐng)人:德州儀器公司