專利名稱：靜電放電保護(hù)裝置及其電路的制作方法
靜電放電保護(hù)裝置及其電路發(fā)明領(lǐng)域[OOOl]本發(fā)明涉及靜電放電(ESD)保護(hù)裝置，并且尤其涉及一靜 電放電電路以及電路布局用于保護(hù)由高壓半導(dǎo)體工藝所制造的其他 電路元件。技術(shù)背景
靜電放電保護(hù)電路在每一半導(dǎo)體芯片中是一常用的元件。 該靜電放電保護(hù)電路保護(hù)一半導(dǎo)體芯片免于由暫態(tài)電壓或電流所引 起的損害。特定材料的累積電荷所造成的暫態(tài)電壓或電流可以通過摩 擦而輕易地釋放電荷。因此，靜電放電保護(hù)電路被發(fā)明而且被放置在 芯片中靠近輸入/輸出接腳的位置。當(dāng)過量的暫態(tài)電壓或電流產(chǎn)生， 靜電放電保護(hù)電路可以即時(shí)的反應(yīng)，將過量的暫態(tài)電壓或電流引導(dǎo)至 電壓源以避免該電壓或電流流入核心電路。
依據(jù)累積電荷的來源，靜電放電模式主要有三個(gè)種類，其 為機(jī)器模式(Machine Mode),人體模式(Human Body Mode)，以及電 荷元件模式(Charge Device Mode)。機(jī)器模式被用來模擬制造環(huán)境以 及有許多的規(guī)格來定義機(jī)器模式。人體模式是用來模擬人們以他們的 手接觸半導(dǎo)體芯片的接腳時(shí)，經(jīng)由人體所產(chǎn)生的靜電荷。這些電荷將 會流經(jīng)接腳以及導(dǎo)致半導(dǎo)體芯片的損壞。電荷元件模式對大面積的芯 片而言是最不理想的模式。電荷元件模式的電荷是在制造過程中累積 在芯片的內(nèi)部，以及會釋放至外在的環(huán)境而不論該環(huán)境是否有靜電 荷。因此，因?yàn)殪o電荷無所不在，有效的靜電放電保護(hù)變的更加重要。
最簡單的靜電放電保護(hù)電路包括兩個(gè)逆向偏壓的二極管， 一個(gè)接在電壓源和一輸入接點(diǎn)，另一個(gè)接在地電位和該輸入接點(diǎn)。兩 個(gè)逆向偏壓二極管當(dāng)芯片操作在正常的情況下時(shí)是關(guān)閉的。 一般電壓 源不會供應(yīng)超過50伏特的電壓。當(dāng)在輸入接點(diǎn)的電壓超過該逆向偏
壓二極管的擊穿電壓時(shí)，該逆向偏壓二極管進(jìn)入擊穿模式。在擊穿模 式下的二極管會很快的排除電流。相較于其他電路元件，二極管能承受較大的靜電放電壓力，例如，金氧半導(dǎo)體元件(Metal Oxidation Semiconductor)， 或是雙極接面晶體管元件(Bipolar Junction Transistor) 0
Yu所發(fā)明的美國專利號碼6,297,536，標(biāo)題「用于靜電放 電保護(hù)與硅化物制程相容之二極體結(jié)構(gòu)」，披露一具有一擴(kuò)散區(qū)域的 二極管結(jié)構(gòu)，其整個(gè)邊緣是被N型井所包圍，以增加在高電流壓力 情況下二極管的彈力電阻值。此專利的公開說明書可作為本發(fā)明的參 考資料。該二極管結(jié)構(gòu)有一硅化物層覆蓋該擴(kuò)散區(qū)域使得一放電電流 可以均勻地流經(jīng)該硅化物層和該擴(kuò)散層，因?yàn)樵摴杌飳犹峁┹^佳的 導(dǎo)電特性。 一靜電放電保護(hù)電路利用一二極管結(jié)構(gòu)當(dāng)成一放電工具， 具有簡單和小面積的優(yōu)點(diǎn)，但是無法在很短的時(shí)間內(nèi)反應(yīng)大的暫態(tài)電 壓或電流。大的暫態(tài)電壓或電流需要大的接面面積來釋放，因?yàn)榇蟮?面積產(chǎn)生大的寄生電容，所以會延遲反應(yīng)時(shí)間。假如該寄生電容太大， 該靜電放電二極管的保護(hù)機(jī)制可能無法反應(yīng)那些放電事件。因此，許 多靜電放電保護(hù)電路采用主動(dòng)電路元件，例如，寄生雙極性接面晶體 管，以主動(dòng)有效地釋放暫態(tài)電壓或電流。
Vashchenko等人所發(fā)明的美國專利號碼6,492,859授予， 標(biāo)題「可調(diào)整靜電放電保護(hù)箝制」，披露一用于一類比雙極性電路的 靜電保護(hù)電路。在此附上該專利的公開說明以供參考。在該現(xiàn)有技術(shù) 中，該靜電放電保護(hù)電路采用一反向連接的NPN雙極性接面晶體管，當(dāng)成是一雪崩二極管，其具有一介于該雙極性接面晶體管的基極和集 極之間可以調(diào)整擊穿電壓的電阻。該反向連接的NPN雙極性接面晶 體管促使另一個(gè)PNP雙極性接面晶體管進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，使得該P(yáng)NP 雙極性接面晶體管的基極電流是該反向連接的NPN雙極性接面晶體 管的基極電流的倍數(shù)。該電阻連接至該反向連接晶體管以調(diào)整該反向 連接晶體管的擊穿電壓。通常，該電阻被用來減少該反向連接晶體管 的擊穿電壓。雖然，在此專利說明中采用一可調(diào)整的電阻，但其并未 提及任何伴隨此電路的緊密電路布局圖案。
在圖1中，顯示一依據(jù)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)以供高電壓應(yīng)用的一靜 電放電保護(hù)電路的電路布局圖案。在p型襯底上，該靜電放電保護(hù)電 路的一電路布局圖案11具有一n型濃摻雜區(qū)域2， 一n型淡摻雜區(qū) 域3， 一p型濃摻雜區(qū)域6， 一p型淡摻雜區(qū)域5。該n型淡慘雜區(qū) 域3與該p型襯底形成一 pn接面二極管，該p型襯底連接至p型濃 摻雜區(qū)域4。該p型淡摻雜區(qū)域5與一包圍一n型濃摻雜區(qū)域8，該 p型濃摻雜區(qū)域6，以及該p型淡摻雜區(qū)域5的額外n型井區(qū)域1形 成一 pn接面二極管。該n型井區(qū)域1是一 n型摻雜區(qū)域扮演一 p 型半導(dǎo)體元件襯底的角色。該靜電放電保護(hù)電路通常有二pn接面二 極管，其中該二極管是由二寄生雙極性接面晶體管經(jīng)由適當(dāng)?shù)碾娺B接 所形成。通常， 一簡單的電性配置可以是一金屬線連接至一輸入/輸 出端點(diǎn)，至該n型濃摻雜區(qū)域2，以及該p型濃摻雜區(qū)域6，具有該 p型濃摻雜區(qū)域4連接至接地，以及該n型濃摻雜區(qū)域8連接至該電 源。
在圖1中，該靜電放電保護(hù)電路的電路布局圖案形成該傳 統(tǒng)靜電放電保護(hù)電路其包括兩個(gè)逆向偏壓二極管， 一個(gè)形成于電壓源 和輸入端點(diǎn)之間，以及另一個(gè)形成于接地和輸入端點(diǎn)之間。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的為提供一種靜電放電保護(hù)電路的電路布 局圖案，以保護(hù)半導(dǎo)體芯片免于靜電放電，特別是那些有高電壓工藝 的芯片。在一實(shí)施例中，用于一靜電放電保護(hù)電路的一具有電路布局 圖案的一裝置，其包括一第一 n型摻雜區(qū)域； 一第一p型摻雜區(qū)域 連接至該第一 n型摻雜區(qū)域； 一第二 n型摻雜區(qū)域被一第一 n型井 區(qū)域所包圍；以及該n型井區(qū)域包圍該第一p型摻雜區(qū)域?？梢杂?許多的n型摻雜區(qū)域被該第一 p型摻雜區(qū)域所包圍。該第一 n型摻 雜區(qū)域可以是淡摻雜。一 n型濃摻雜區(qū)域可以被置于該第一 n型摻 雜區(qū)域中以改善電極的電接觸特性。[ooio]依據(jù)本發(fā)明，用于保護(hù)輸入/輸出端點(diǎn)的一靜電放電保護(hù)電 路的一具有電路布局圖案的一裝置，可以更進(jìn)一步包括一第二 p型摻 雜區(qū)域； 一第三N型摻雜區(qū)域連接至該第二P型摻雜區(qū)域； 一第三P 型摻雜區(qū)域包圍該第三N型摻雜區(qū)域； 一第二 N型井區(qū)域包圍該第 三N型摻雜區(qū)域；以及該第二 P型摻雜區(qū)域電連接至該第一 N型摻 雜區(qū)域?？梢杂性S多的P型摻雜區(qū)域被該第三N型摻雜區(qū)域所包圍。 該第二P型摻雜區(qū)域可以是淡摻雜。一P型濃摻雜區(qū)域可以被置于該 第二 P型摻雜區(qū)域中以改善電接觸特性。
依據(jù)該發(fā)明，用于保護(hù)輸入/輸出端點(diǎn)的一靜電放電保護(hù)電路的一具有電路布局圖案的一裝置，可以更進(jìn)一步包括一第四p型摻雜區(qū)域包圍該第一 N型井區(qū)域； 一第四N型摻雜區(qū)域被一第三N型 井區(qū)域所包圍；以及該第四N型慘雜區(qū)域包圍該第三P型摻雜區(qū)域。
依據(jù)該發(fā)明， 一具有一電路布局圖案的裝置，可以被配置 以限制在一電源端點(diǎn)上的靜電放電壓力暫態(tài)。相似于，用于保護(hù)輸入 /輸出端點(diǎn)的一靜電放電電路的裝置，該第一 N型摻雜區(qū)域電連接至 該第三N型摻雜區(qū)域。該第二 P型摻雜區(qū)域電連接至該第三P型慘 雜區(qū)域，如用以保護(hù)輸入/輸出端點(diǎn)的該靜電放電電路中一樣，而不 是連至該第一N型摻雜區(qū)域。
依據(jù)本發(fā)明， 一種具有一電路布局圖案的裝置，可以被配 置以限制在一接地端點(diǎn)上的靜電放電壓力暫態(tài)。相似于，用于保護(hù)輸 入/輸出端點(diǎn)的一靜電放電電路的裝置，該第一 N型摻雜區(qū)域電連接 至該第二 N型摻雜區(qū)域。該第二 P型摻雜區(qū)域電連接至該第一 P型 摻雜區(qū)域，如用以保護(hù)輸入/輸出端點(diǎn)的該靜電放電電路中一樣，而 不是連至該第一 N型摻雜區(qū)域。
本發(fā)明的另一目的為提供一種靜電放電保護(hù)電路，包括一 第一雙極性接面晶體管，該基極和射極連接至一電源； 一第二雙極性 接面晶體管，該基極連接至該第一雙極性接面晶體管的集極，該集極連接至該電源； 一第三雙極性接面晶體管，該基極和射極連接至該電 源； 一第四雙極性接面晶體管，該基極連接至該第三雙極性接面晶體 管的集極，該集極連接至該電源； 一第一電阻電連接至該第一雙極性 接面晶體管的該集極和該射極； 一第二電阻電連接至該第三雙極性接面晶體管的該集極和該射極；以及一電性方法連接該第二雙極性接面
晶體管的集極和該第四雙極性接面晶體管的集極。該靜電放電保護(hù)電 路可以更進(jìn)一步包括更多的寄生雙極性接面晶體管，以提供用于靜電 放電壓力電流的更多電流路徑。
本發(fā)明的又一目的為提供一種靜電放電保護(hù)電路，包括一 第一雙極性接面晶體管，該集極連接至一第一端點(diǎn)，該射極連接至一第二端點(diǎn)； 一第二雙極性接面晶體管，該集極連接至該第二端點(diǎn)，該 射極連接至該第一端點(diǎn)； 一第一電性方法連接該第一雙極性接面晶體 管的該基極和該集極；以及一第二電性方法連接該第二雙極性接面晶 體管的該基極和該集極。該電性方法可以包括一導(dǎo)電連接線，例如， 一金屬連接線或一多晶硅連接線。此外，該電性方法可以包括一雙極 性接面晶體管，以形成一反饋回路。


結(jié)合附圖，本發(fā)明的許多目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)，將會在隨后的描述中更容易地被了解，其中
圖1描述，在現(xiàn)有技術(shù)中，用于高電壓應(yīng)用的靜電放電保 護(hù)電路的電路布局圖案；
圖2描述，依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，用于高電壓應(yīng)用的靜 電放電保護(hù)電路的電路布局圖案；
圖3描述，依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，用于高電壓應(yīng)用的靜 電放電保護(hù)電路的電路布局圖案，其具有多于一個(gè)的N型擴(kuò)散二極 管(NDD)，以及/或P型擴(kuò)散二極管(PDD);
圖4為依據(jù)圖2中的實(shí)施例，用于高電壓應(yīng)用的靜電放電 保護(hù)電路的一剖面圖5描述依據(jù)圖2中的實(shí)施例，用于保護(hù)輸入/輸出端點(diǎn)的 靜電放電保護(hù)電路的線路連接關(guān)系；
圖6描述依據(jù)圖5中的線路連接關(guān)系的一靜電放電保護(hù)電路；
圖7描述，依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，用于保護(hù)電源端點(diǎn)的 靜電放電保護(hù)電路的線路連接關(guān)系；圖8描述，依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，用于保護(hù)接地端點(diǎn)的 靜電放電保護(hù)電路的線路連接關(guān)系；
圖9描述，依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，用于保護(hù)電源和接地 端點(diǎn)的靜電放電保護(hù)電路；
圖10描述，依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，用于保護(hù)電源和接 地端點(diǎn)的另 一靜電放電保護(hù)電路；
圖11描述，當(dāng)一正的靜電放電壓力施加在一輸入/輸出端 點(diǎn)和一接地端點(diǎn)之間時(shí)，圖6中該靜電放電保護(hù)電路的操作情形；
圖12描述，當(dāng)一負(fù)的靜電放電壓力施加在一輸入/輸出端 點(diǎn)和一接地端點(diǎn)之間時(shí)，圖6中該靜電放電保護(hù)電路的操作情形；
圖13描述，當(dāng)一正的靜電放電壓力施加在一輸入/輸出端 點(diǎn)和一電源端點(diǎn)之間時(shí)，圖6中該靜電放電保護(hù)電路的操作情形；
圖14描述，當(dāng)一負(fù)的靜電放電壓力施加在一輸入/輸出端 點(diǎn)和一電源端點(diǎn)之間時(shí)，圖6中該靜電放電保護(hù)電路的操作情形；
圖15描述依據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的一靜電放電保護(hù) 電路以及一延伸電路布局圖案。主要元件符號說明1、 9、 1506: N型井區(qū)域2、 8、 21、 35、 36、 1507: N型濃摻雜區(qū)域3、 37、 38: N型淡摻雜區(qū)域4、 6、 22、 31、 32、 1505: P型濃摻雜區(qū)域5、 33、 34: P型淡摻雜區(qū)域 7:襯底11、 23、 24、 25、 39、 41、 310、 311、 1508:電路布局圖案 42、 58、 74、 84:剖面圖 48:隔離層 51:端點(diǎn)52、 66:電源VDDA53、 67:接地VSSA
54、 55、 56:金屬層61、 62、 63、 64:雙極性接面晶體管65:端點(diǎn)68、 69、 97、 98、 99、 610、 611、 910、 1102、 1202、 1302、 1402、 1503、 1504:電阻71、 82:接地接點(diǎn)72、 81:電源接點(diǎn)57、 73、 83:接線連接關(guān)系91、 92、 93、 94、 1003、 1004、 1501、 1502:雙極性接面晶體管95、 1001、 1301、 1401:電源端點(diǎn)96、 1002、 1101、 1201:接地端點(diǎn) 612、 911、 1005:靜電放電保護(hù)電路1103、 1303:正靜電放電壓力1104、 1204、 1304、 1404:靜電放電測試配置1105、 1305:正靜電放電壓力波形 1203、 1403:負(fù)靜電放電壓力 1205、 1405:負(fù)靜電放電壓力波形 1509:電路配置具體實(shí)施方式
圖2描述用于高電壓應(yīng)用的而在一襯底上所形成的一靜電 放電保護(hù)電路的電路布局圖案23。依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例， 一電路 布局圖案24包括一N型淡摻雜區(qū)域3， 一P型濃摻雜區(qū)域4，以及 一N型井區(qū)域9，其包圍一N型濃摻雜區(qū)域21。在一實(shí)施例中，該 N型淡摻雜區(qū)域3被該P(yáng)型濃摻雜區(qū)域4，以及該N型濃摻雜區(qū)域 21所構(gòu)成的兩個(gè)環(huán)所包圍。該N型淡摻雜區(qū)域3可包圍一 N型濃摻 雜區(qū)域2，其系用以連接一電極而具有較佳的電氣特性。
該P(yáng)型濃摻雜區(qū)域4可以被一淡摻雜區(qū)域整個(gè)或部分取 代。該P(yáng)型濃摻雜區(qū)域4連接至該襯底，其中該電路元件或該電路布 局圖案發(fā)展在該襯底之上。在此實(shí)施例中，該襯底可以是一 P型襯底。
相似地，該N型濃摻雜區(qū)域21可以被一淡摻雜區(qū)域整個(gè)或部分取代。 該N型濃摻雜區(qū)域21連接至該N型井區(qū)域9。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解 的是，對于電極而言濃摻雜區(qū)域較淡摻雜區(qū)域有較佳的接面特性，因 此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以釆用許多的變化以改變濃摻雜區(qū)域的特性， 包括該電路布局圖案或該摻雜濃度。該電路布局圖案24形成一靜電 放電保護(hù)電路，其包括兩個(gè)晶體管，將會在稍后的圖6中描述。
依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，用于高電壓應(yīng)用的一靜電放電 保護(hù)電路的一電路布局圖案25，其包括一 P型淡摻雜區(qū)域5， 一 P 型濃摻雜區(qū)域22，以及一N型井區(qū)域1，其包圍一N型濃摻雜區(qū)域 8，其中該P(yáng)型濃摻雜區(qū)域22包括該P(yáng)型淡摻雜區(qū)域5，以及該N型 井區(qū)域l。該P(yáng)型淡摻雜區(qū)域5可包圍一P型濃摻雜區(qū)域6，其系用 以連接一電極而具有較佳的電氣特性。
該N型濃摻雜區(qū)域8可以被一淡摻雜區(qū)域整個(gè)或部分取 代。該N型濃摻雜區(qū)域8連接至該N型井區(qū)域1，其中P型電路元 件或電路布局圖案是發(fā)展在該N型井區(qū)域1之上的。相似地，該P(yáng) 型濃摻雜區(qū)域22可以被一淡摻雜區(qū)域整個(gè)或部分取代。該P(yáng)型濃摻 雜區(qū)域22連接至該襯底。該電路布局圖案25形成一靜電放電保護(hù)電 路，其包括兩個(gè)晶體管，將會在稍后的圖6中描述。
圖3描述用于高電壓應(yīng)用的， 一靜電放電保護(hù)電路的電路 布局圖案39，其具有多于一個(gè)的N型擴(kuò)散二極管(NDD)，以及/或P 型擴(kuò)散二極管(PDD)。在此圖中，使用與圖2中相同的標(biāo)號。依據(jù)一 實(shí)施例， 一靜電放電保護(hù)電路的一電路布局圖案310可以包括許多的 N型淡慘雜區(qū)域37， 38， 一 P型濃摻雜區(qū)域4，以及一 N型井區(qū)域9， 其包圍一N型濃摻雜區(qū)域21。該N型淡摻雜區(qū)域37， 38可以包圍N 型濃摻雜區(qū)域35， 36,其用以連接一電極而具有較佳的電氣特性。 通常，使用許多的N型淡摻雜區(qū)域37， 38是很實(shí)用的，可以使得許 多的電路元件以平行的方式形成。例如，該平行電路配置可以減少寄 生電阻。
依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，用于高電壓應(yīng)用的一靜電放電 保護(hù)電路的一電路布局圖案311，其包括許多的P型淡摻雜區(qū)域33，34， 一P型濃摻雜區(qū)域22，以及一N型井區(qū)域1，其包圍一N型濃 摻雜區(qū)域8。該P(yáng)型淡摻雜區(qū)域33， 34，可包圍一P型濃摻雜區(qū)域 31， 32，其系用以連接一電極而具有較佳的電氣特性。在實(shí)際電路布 局中，該P(yáng)型淡摻雜區(qū)域33， 34，被用來改善電性的連接。例如， 該寄生電阻可因此被減少。
圖4是一，依據(jù)圖2中的實(shí)施例，用于高電壓應(yīng)用的一靜 電放電保護(hù)電路的剖面圖。在此圖中，使用與圖2中相同的標(biāo)號。由 該剖面圖，該電路布局圖案和電路元件被形成在該襯底7之上，其可 能是一P型襯底。該N型井區(qū)域1的深度，與較濃或淡摻雜區(qū)域相 比為深。一 N型井區(qū)域1提供和包括該P(yáng)型淡摻雜區(qū)域5，以及因此 在其間形成一 PN接面介面。另一 PN接面介面形成于該襯底7和該 N型淡摻雜區(qū)域3之間。介于擴(kuò)散區(qū)域間的隔離層48可以是由本領(lǐng) 域技術(shù)人員所熟知的溝渠氧化物或其他場隔離氧化物等所制成。
依據(jù)圖2中的實(shí)施例，圖5描述用于保護(hù)輸入/輸出端點(diǎn)的 一靜電放電保護(hù)電路的線路連接關(guān)系。在此描述該具有三層金屬層的 靜電放電保護(hù)電路的剖面圖。在此圖中，使用與圖2中相同的標(biāo)號。 在此，描述置于一輸入/輸出端點(diǎn)之下用于保護(hù)該電源端點(diǎn)的一靜電 放電保護(hù)電路。為了將該靜電放電保護(hù)電路置于端點(diǎn)之下以節(jié)省電路 布局面積，至少要有三層金屬層(包括用作端點(diǎn)的一金屬層)。然而， 使用兩金屬層已足以形成該靜電放電保護(hù)電路，假如該靜電放電保護(hù) 電路不需要置于該輸入/輸出端點(diǎn)之下。在一實(shí)施例中，用于輸入/輸 出端點(diǎn)的靜電放電保護(hù)電路的一電路配置，其包括至少一端點(diǎn)51連 接至一N型淡摻雜區(qū)域3，以及一P型淡摻雜區(qū)域5， 一接地53，以 及一電源52，其中該接地53連接至P型濃摻雜區(qū)域4， 22，以及該 電源52連接至N型濃摻雜區(qū)域8， 21。此外，該N型淡摻雜區(qū)域3 可以包括一N型濃摻雜區(qū)域2，用以減少電阻以及改善電氣特性?；?于相同的理由，該P(yáng)型淡摻雜區(qū)域5可以包括一 P型濃摻雜區(qū)域6。 為了實(shí)施該電路配置，如半導(dǎo)體芯片所示在端點(diǎn)之下，需要三層金屬 層54， 55， 56。在另一實(shí)施例中， 一些連接可以使用金屬線，以及 一些可以使用多晶硅線，或是純質(zhì)材料，例如，P型濃摻雜擴(kuò)散線，或是N型濃摻雜擴(kuò)散線。
依據(jù)圖5中的電路配置，圖6描述一靜電放電保護(hù)電路。 依據(jù)一實(shí)施例， 一用于保護(hù)輸入/輸出端點(diǎn)的靜電放電保護(hù)電路612， 其包括一電源VDDA66， 一接地VSSA67， 一端點(diǎn)65，以及四個(gè)雙 極性接面晶體管(BJT)61， 62， 63， 64。該寄生雙極性接面晶體管描 述如下(1)該雙極性接面晶體管61是一PNP雙極性接面晶體管，其 具有一 N型井區(qū)域9當(dāng)成是一基極，一 P型襯底7當(dāng)成是一射極， 以及一 P型濃摻雜區(qū)域4當(dāng)成是一集極；(2)該雙極性接面晶體管62 是一 NPN雙極性接面晶體管，其具有該P(yáng)型濃摻雜區(qū)域4當(dāng)成是一 基極，一N型濃摻雜區(qū)域2當(dāng)成是一射極，以及該N型井區(qū)域9當(dāng) 成是一集極;(3)該雙極性接面晶體管63是一PNP雙極性接面晶體管， 其具有一 N型濃摻雜區(qū)域8當(dāng)成是一基極，一 P型濃摻雜區(qū)域6當(dāng) 成是一集極，以及該P(yáng)型襯底7當(dāng)成是一射極；以及(4)該雙極性接 面晶體管64是一 NPN雙極性接面晶體管，其具有該P(yáng)型襯底7當(dāng)成 是一基極，一N型井區(qū)域1當(dāng)成是一集極，以及該N型濃摻雜區(qū)域 8當(dāng)成是一射極。該靜電放電保護(hù)電路612還包括一電阻68代表在 該N型井區(qū)域9中的寄生電阻， 一電阻69代表在該P(yáng)型襯底7中的 寄生電阻， 一電阻610代表在該N型井區(qū)域1中的寄生電阻，以及 一電阻611代表在該P(yáng)型襯底7中的寄生電阻。該靜電放電保護(hù)電路 612的操作和功能將會在稍后的圖11， 12， 13，和14中描述。
依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，圖7描述用于保護(hù)電源端點(diǎn)的一 靜電放電保護(hù)電路的該接線連接關(guān)系73。在此描述該具有三層金屬 層的靜電放電保護(hù)電路的剖面圖。在此圖中，使用與圖2中相同的標(biāo) 號。在此，描述置于一電源端點(diǎn)之下用于保護(hù)該電源端點(diǎn)的一靜電放 電保護(hù)電路。為了將該靜電放電保護(hù)電路置于端點(diǎn)之下以節(jié)省電路布 局面積，至少要有三層金屬層(包括用作端點(diǎn)的一金屬層)。然而，使 用兩金屬層已足以形成該靜電放電保護(hù)電路，假如該靜電放電保護(hù)電 路不需要置于該電源端點(diǎn)之下。在一實(shí)施例中，用于電源端點(diǎn)的靜電 放電保護(hù)電路的一電路配置73，其包括一電源接點(diǎn)72連接至一N型 淡慘雜區(qū)域3，以及一N型濃摻雜區(qū)域8， 一電源52連接至該N型
濃摻雜區(qū)域8，以及一N型濃摻雜區(qū)域21， 一接地接點(diǎn)71連接至一 P型淡摻雜區(qū)域5，以及一P型濃摻雜區(qū)域22，以及一接地53連接 至該P(yáng)型濃摻雜區(qū)域22，以及一P型濃摻雜區(qū)域4。此外，該N型 淡摻雜區(qū)域3可以包括一 N型濃摻雜區(qū)域2，其系用以減少電阻以及 改善電氣特性。基于相同的理由，該P(yáng)型淡摻雜區(qū)域5可以包括一P 型濃摻雜區(qū)域6。為了實(shí)施該電路配置，需要三層金屬層54， 55， 56。 在另一實(shí)施例中， 一些連接可以使用金屬線，以及一些可以使用多晶 硅線，或是純質(zhì)材料，例如，P型濃摻雜擴(kuò)散線，或是N型濃摻雜擴(kuò) 散線。該靜電放電保護(hù)電路的操作和功能將會在稍后的圖9和圖10 中描述。
依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，圖8描述用于保護(hù)接地端點(diǎn)的一 靜電放電保護(hù)電路的該接線連接關(guān)系83。在此描述該具有三層金屬 層的靜電放電保護(hù)電路的剖面圖84。在此圖中，使用與先前圖式中 相同的標(biāo)號。在此，描述置于一接地端點(diǎn)之下的一靜電放電保護(hù)電路。 為了將該靜電放電保護(hù)電路置于端點(diǎn)之下以節(jié)省電路布局面積，至少 要有三層金屬層(包括用作端點(diǎn)的一金屬層)。然而，使用兩金屬層已 足以形成該靜電放電保護(hù)電路，假如該靜電放電保護(hù)電路不需要置于 該接地端點(diǎn)之下。在一實(shí)施例中，用于接地端點(diǎn)的靜電放電保護(hù)電路 的一電路配置83，其包括一接地接點(diǎn)82連接至一 P型淡摻雜區(qū)域5， 以及一 P型濃摻雜區(qū)域4， 一電源52連接至該N型濃摻雜區(qū)域8， 以及一 N型濃摻雜區(qū)域21， 一電源接點(diǎn)81連接至一 N型淡摻雜區(qū) 域3，以及該N型濃摻雜區(qū)域21，以及一接地53連接至該P(yáng)型濃摻 雜區(qū)域4，以及一 P型濃摻雜區(qū)域22。此外，該N型淡摻雜區(qū)域3 可以包括一N型濃摻雜區(qū)域2，其用以減少電阻以及改善電氣特性。 基于相同的理由，該P(yáng)型淡摻雜區(qū)域5可以包括一 P型濃摻雜區(qū)域6。 為了實(shí)施該電路配置，需要三層金屬層54， 55， 56。在另一實(shí)施例 中， 一些連接可以使用金屬線，以及一些可以使用多晶硅線，或是純 質(zhì)材料，例如，P型濃摻雜擴(kuò)散線，或是N型濃慘雜擴(kuò)散線。該靜電 放電保護(hù)電路的操作和功能將會在稍后的圖9和圖10中描述。
依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，圖9描述一用于保護(hù)電源和接地
端點(diǎn)的靜電放電保護(hù)電路911。請參照圖5和圖7其分別描述用于該;個(gè)圖式的主要差別在'于，圖7中沒有輸入/輸出端點(diǎn)，以及原:本連接至圖5中輸入/輸出端點(diǎn)的該N型淡摻雜區(qū)域3，現(xiàn)在連接至該N 型濃摻雜區(qū)域8，其連接至電源52。此外，原本連接至該輸入/輸出 端點(diǎn)的該P(yáng)型淡摻雜區(qū)域5，現(xiàn)在連接至該P(yáng)型濃慘雜區(qū)域22，其連 接至接地53。因此，可以減少圖6中靜電放電保護(hù)電路許多的電路 元件。圖6中的雙極性接面晶體管62， 63的集極和射極變短。圖6 中的雙極性接面晶體管61變成圖9中的雙極性接面晶體管94，以及 圖6中的雙極性接面晶體管64變成圖9中的雙極性接面晶體管93。 此外，圖6中的電阻69變成圖9中的電阻910,以及圖6中的電阻 610變成圖9中的電阻99。
請參照圖5和圖8其分別描述用于該輸入/輸出端點(diǎn)和該接 地端點(diǎn)的靜電放電保護(hù)電路的電連接關(guān)系。這兩個(gè)圖式的主要差別在 于，圖8中沒有輸入/輸出端點(diǎn)，以及原本連接至圖5中輸入/輸出端 點(diǎn)的該P(yáng)型淡摻雜區(qū)域5，現(xiàn)在連接至該P(yáng)型濃摻雜區(qū)域4，其連接 至接地53。此外，原本連接至圖5中該輸入/輸出端點(diǎn)的該N型淡摻 雜區(qū)域3，現(xiàn)在連接至該N型濃摻雜區(qū)域21，其連接至電源52。相 似地，兩個(gè)雙極性接面晶體管連接在一起，以及用于保護(hù)該接地端點(diǎn) 的該靜電放電保護(hù)電路包括一雙極性接面晶體管92， 一雙極性接面 晶體管91，以及兩電阻97， 98。
參照圖9，如果有一正電暫態(tài)發(fā)生在電源端點(diǎn)95，該雙極 性接面晶體管94，其為一PNP雙極性接面晶體管，將會立即導(dǎo)通， 其集極將會連接至接地。因此，在電源端點(diǎn)95上過量的電流，將會 通過雙極性接面晶體管93的擊穿接面而流至接地。同樣地，如果有 一負(fù)電暫態(tài)發(fā)生在接地端點(diǎn)96，該雙極性接面晶體管92，其為一 NPN 雙極性接面晶體管，將會立即導(dǎo)通。因此，在接地端點(diǎn)96上過量的 電流，將會通過雙極性接面晶體管91的擊穿接面以及提供一電流路 徑至該電源。相同的保護(hù)機(jī)制可以應(yīng)用在其他靜電放電耐壓情況。例 如，該靜電放電保護(hù)可以保護(hù)在該電源端點(diǎn)95上的一負(fù)電暫態(tài)，以 及在該接地端點(diǎn)96上的一正電暫態(tài)。
依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，圖10描述用于保護(hù)電源和接地 端點(diǎn)的另一靜電放電保護(hù)電路1005。在該實(shí)施例中， 一靜電放電保 護(hù)電路其包括一雙極性接面晶體管1003以及一雙極性接面晶體管 1004，其中每一個(gè)雙極性接面晶體管的基極連接到其集極。在一電源 端點(diǎn)1001上的一正電暫態(tài)可以流經(jīng)該雙極性接面晶體管1004的擊穿 接面，以及在一接地端點(diǎn)1002上的一負(fù)電暫態(tài)可以流經(jīng)該雙極性接 面晶體管1003的擊穿接面。相同的保護(hù)機(jī)制可以應(yīng)用于其他靜電放 電耐壓情況。例如，該靜電放電保護(hù)可以保護(hù)在該電源端點(diǎn)1001上 的一負(fù)電暫態(tài)，以及在該接地端點(diǎn)1002上的一正電暫態(tài)。該靜電放 電保護(hù)電路1005只描述不同于圖9中電路911的一種變化。各種變 化是可能的。例如，有一電阻連接在雙極性接面晶體管1003的集極 端和接地端點(diǎn)1002之間，使得其基極有較多的時(shí)間可以導(dǎo)通。然而， 可以采用不同的摻雜濃度而不用改變摻雜物的型態(tài)。
圖11描述，當(dāng)一正靜電放電壓力施加在一輸入/輸出端點(diǎn) 和一接地端點(diǎn)之間是，圖6中所示的靜電放電保護(hù)電路的操作。在此 圖中，使用與先前圖式中相同的標(biāo)號。在接地(VSS)模式之下，具有 一正靜電放電壓力1103， 一靜電放電測試配置1104,其包括一待測 靜電放電保護(hù)電路，如圖6中所提及的電路612， 一接地端點(diǎn)1101， 以及一電阻1102，其中該正靜電放電壓力1103連接至該端點(diǎn)65，以 及該接地端點(diǎn)1101。一圖式1105描述，依序在時(shí)間tl， t2， t3，以 及t4時(shí)，該正靜電放電壓力1103。
在時(shí)間tl， 一正靜電放電壓力1103發(fā)生在端點(diǎn)65上，以 及通過該雙極性接面晶體管63的PN接面以及該電阻610。同時(shí)，一 部分的靜電放電電流經(jīng)由雙極性接面晶體管63的通道流至接地端點(diǎn) 1101，以及在時(shí)間tl之后該正靜電放電壓力的電壓下降一點(diǎn)點(diǎn)。在 時(shí)間t2，由于一部分的電流自該接地端點(diǎn)1101經(jīng)由該雙極性接面晶 體管61流至該電阻68，使得該正靜電放電壓力1103的電壓上升。 在時(shí)間t3，大部分的注入電子流經(jīng)該雙極性接面晶體管62，以及回 到該端點(diǎn)65。在時(shí)間tl-t4之間，該過量的靜電放電電荷持續(xù)經(jīng)由該
雙極性接面晶體管63釋放至該接地端點(diǎn)1101。
圖12描述，當(dāng)一負(fù)靜電放電壓力1203施加在一輸入/輸出 端點(diǎn)和一接地端點(diǎn)之間，圖6中所示的靜電放電保護(hù)電路的操作。在 此圖中，使用與先前圖式中相同的標(biāo)號。在接地(VSS)模式之下，具 有一負(fù)靜電放電壓力1203， 一靜電放電測試配置1204，其包括一待 測靜電放電保護(hù)電路，如圖6中所提及的電路612，一接地端點(diǎn)1201， 以及一電阻1202，其中該負(fù)靜電放電壓力1203連接至該端點(diǎn)65，以 及該接地端點(diǎn)1201。 一圖式1205描述，依序在時(shí)間tl， t2， t3，以 及t4時(shí)，該負(fù)靜電放電壓力1203。來自該端點(diǎn)65的負(fù)靜電放電壓力 1203的主要靜電放電電流路徑，是經(jīng)由該雙極性接面晶體管62的該 NP接面至該接地端點(diǎn)1201。在時(shí)間t2，和時(shí)間t3，該雙極性接面晶 體管61， 62， 63， 64可以提供其他的靜電放電電流釋放路徑。在時(shí) 間tl-t4之間，該過量的靜電放電電荷持續(xù)經(jīng)由該雙極性接面晶體管 62釋放至該接地端點(diǎn)1201。
圖13描述，當(dāng)一正靜電放電壓力1303施加在一輸入/輸出 端點(diǎn)和一電源端點(diǎn)之間，圖6中所示的靜電放電保護(hù)電路的操作。在 此圖中，使用與先前圖式中相同的標(biāo)號。在電源(VDD)模式之下，具 有一正靜電放電壓力1303， 一靜電放電測試配置1304，其包括一如 圖6中所提及的靜電放電保護(hù)電路612， 一電源端點(diǎn)1301，以及一電 阻1302，其中該正靜電放電壓力1303連接至該端點(diǎn)65，以及該電源 端點(diǎn)1301。 一如圖式1305描述，依序在時(shí)間tl， t2， t3，以及t4時(shí)， 該正靜電放電壓力1303。來自該端點(diǎn)65的正靜電放電壓力1303的 主要靜電放電電流路徑，經(jīng)由該雙極性接面晶體管63的該P(yáng)N接面 至該電源端點(diǎn)1301。在時(shí)間t2，和時(shí)間t3，該雙極性接面晶體管61， 62， 63， 64可以提供其他的靜電放電電流釋放路徑。在時(shí)間tl-t4之 間，該過量的靜電放電電荷持續(xù)經(jīng)由該雙極性接面晶體管63釋放至 該電源端點(diǎn)1301。
圖14描述，當(dāng)一負(fù)靜電放電壓力1403施加在一輸入/輸出 端點(diǎn)和一電源端點(diǎn)之間時(shí)，圖6中所示的靜電放電保護(hù)電路的操作。 在此圖中，使用與先前圖式中相同的標(biāo)號。在電源(VDD)模式之下，
具有一負(fù)靜電放電壓力1403， 一靜電放電測試配置1404，其包括一 如圖6中所提及的靜電放電保護(hù)電路612， 一電源端點(diǎn)1401，以及一 電阻1402，其中該負(fù)靜電放電壓力1403連接至該端點(diǎn)65，以及該電 源端點(diǎn)1401。 一如圖式1405描述，依序在時(shí)間tl， t2， t3，以及t4 時(shí)，該負(fù)靜電放電壓力1403。來自該端點(diǎn)65的負(fù)靜電放電壓力1403 的主要靜電放電電流路徑，經(jīng)由該雙極性接面晶體管62的通道至該 電源端點(diǎn)1401。在時(shí)間t2，和時(shí)間t3，該雙極性接面晶體管61， 62， 63， 64可以提供其他的靜電放電電流釋放路徑。在時(shí)間tl-t4之間， 該過量的靜電放電電荷持續(xù)經(jīng)由該雙極性接面晶體管62釋放至該電 源端點(diǎn)1401。
請參照圖11-14。用以保護(hù)輸入輸出端點(diǎn)的該靜電放電保 護(hù)電路，利用雙極性接面晶體管或其接面以引導(dǎo)靜電放電壓力電流， 在最開始的時(shí)候被釋放至電源。該靜電放電保護(hù)電路提供許多靜電放 電電流路徑，其包括寄生雙極性接面晶體管以及二極管，使得該靜電 放電壓力電流可以尋找其他適當(dāng)?shù)碾娏髀窂揭酝ㄟ^，以及釋放該主要 保護(hù)的雙極性接面晶體管或二極管的壓力。因此，該靜電放電保護(hù)電 路的電路布局圖案并不需要很大的面積而可以傳導(dǎo)大量的靜電放電 壓力電流。
圖15描述，依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例， 一靜電放電保護(hù)電 路以及電路布局圖案。在此圖中，使用與先前圖式中相同的標(biāo)號。在 此，用于保護(hù)輸入/輸出端點(diǎn)的一電路布局圖案1508，其包括圖4中 所提及的一電路布局圖案41，被一N型井區(qū)域1506所包圍，以及連 接至該P(yáng)型濃摻雜區(qū)域22的一 N型濃摻雜區(qū)域1507;以及一 P型濃 摻雜區(qū)域1505連接至該N型濃摻雜區(qū)域21 。
依據(jù)另一個(gè)實(shí)施例， 一電路配置1509對應(yīng)至圖15中所描 述的該電路布局圖案1508。該電路配置1509相似于圖6中所提及的 電路，但是更進(jìn)一步地包括了雙極性接面晶體管1502， 1501，以及 電阻1503， 1504，為了增加更多的靜電放電壓力電流的電流釋放路 徑。電路1509的操作和功能，可以被本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解，當(dāng)讀 取前述的說明和披露。
可以了解的是，這些實(shí)施例并不是用來限制本發(fā)明，而僅僅只是本發(fā)明的范例說明。實(shí)際上，不同的修改，對于本領(lǐng)域技術(shù)人 員而言是明顯的，而不會偏離所附權(quán)利要求書的范圍。例如，可以增加多于6個(gè)的寄生雙極性接面晶體管，類似圖15的設(shè)計(jì)，以增加電 流路徑。此外，可以在N型或P型區(qū)域采用不同的摻雜濃度。
權(quán)利要求
1、一種靜電保護(hù)裝置，其包括一第一N型摻雜區(qū)域；一第一P型摻雜區(qū)域，電連接至所述第一N型摻雜區(qū)域；一第一N型井區(qū)域，包圍所述第一N型摻雜區(qū)域和所述第一P型摻雜區(qū)域；一第二N型摻雜區(qū)域，被所述第一N型井區(qū)域所包圍；一第二P型摻雜區(qū)域；一第三N型摻雜區(qū)域，電連接至所述第二P型摻雜區(qū)域；一第三P型摻雜區(qū)域，包圍所述第三N型摻雜區(qū)域；一第二N型井區(qū)域，包圍所述第三N型摻雜區(qū)域；以及一導(dǎo)電連接線功能方法，被配置以釋放靜電電荷，其中所述導(dǎo)電連接線功能方法包括至少一連接導(dǎo)線。
2、 如權(quán)利要求l所述的裝置，還包括復(fù)數(shù)個(gè)N型摻雜區(qū)域，被所述第一P型摻雜區(qū)域所包圍。
3、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述第一N型摻雜區(qū)域是淡摻雜。
4、 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述第一N型摻雜區(qū)域被一 N型濃摻雜區(qū)域所包圍。
5、 如權(quán)利要求l所述的裝置，還包括 復(fù)數(shù)個(gè)P型摻雜區(qū)域，被所述第三N型慘雜區(qū)域所包圍。
6、 如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括一電源功能方法，其電連接至所述第三N型摻雜區(qū)域和所述第 二N型摻雜區(qū)域；以及 一接地功能方法，其電連接至所述第三P型摻雜區(qū)域和所述第一 P型摻雜區(qū)域。
7、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述導(dǎo)電連接線功能方法還 包括復(fù)數(shù)個(gè)金屬層以實(shí)施所述電連接。
8、 如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括 一第四P型慘雜區(qū)域，包圍所述第一N型井區(qū)域； 一第三N型井區(qū)域，包圍所述第三P型摻雜區(qū)域；以及 一第四N型摻雜區(qū)域，被所述第三N型井區(qū)域所包圍，其中所述第四N型摻雜區(qū)域，包圍所述第三P型摻雜區(qū)域。
9、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述導(dǎo)電連接線功能方法還 包括一導(dǎo)電連接線連接至所述第一 N型摻雜區(qū)域和所述第三N型摻 雜區(qū)域，以及一導(dǎo)電連接線連接至所述第二 P型摻雜區(qū)域和所述第三 P型摻雜區(qū)域。
10、 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述導(dǎo)電連接線功能方法還 包括一導(dǎo)電連接線連接至所述第一 N型慘雜區(qū)域和所述第二 N型摻 雜區(qū)域，以及一導(dǎo)電連接線連接至所述第二 P型摻雜區(qū)域和所述第一 P型摻雜區(qū)域。
11、 一種靜電放電保護(hù)電路，其包括一第一雙極性接面晶體管，其基極和射極連接至一電源;一第二雙極性接面晶體管，其基極連接至所述第一雙極性接面晶 體管的集極，其集極連接至所述電源；一第三雙極性接面晶體管，其基極和射極連接至所述電源；一第四雙極性接面晶體管，其基極連接至所述第三雙極性接面晶 體管的集極，其集極連接至所述電源；一第一電阻，電連接至所述第一雙極性接面晶體管的集極和射 極；一第二電阻，電連接至所述第三雙極性接面晶體管的集極和射 極；以及一電連接線，連接所述第二雙極性接面晶體管的集極和所述第四 雙極性接面晶體管的集極。
12、 如權(quán)利要求ll所述的靜電放電保護(hù)電路，還包括 一第三電阻，電連接至所述第一雙極性接面晶體管的基極；以及 一第四電阻，電連接至所述第三雙極性接面晶體管的基極。
13、 如權(quán)利要求12所述的靜電放電保護(hù)電路，還包括 一第五雙極性接面晶體管，電連接至所述電源；以及 一第六雙極性接面晶體管，電連接至所述電源。
14、 如權(quán)利要求12所述的靜電放電保護(hù)電路，其中每一所述電 連接線包括至少一導(dǎo)線。
15、 如權(quán)利要求12所述的靜電放電保護(hù)電路，其中至少一雙極 性接面晶體管是一寄生雙極性接面晶體管。
16、 一種靜電放電保護(hù)電路，其包括一第一雙極性接面晶體管，其集極連接至一第一端點(diǎn)，其射極連 接至一第二端點(diǎn)；一第二雙極性接面晶體管，其集極連接至所述第二端點(diǎn)，其射極 連接至所述第一端點(diǎn)；一第一電連接線，連接所述第一雙極性接面晶體管的基極和所述 雙極性接面晶體管的集極；以及一第二電連接線，連接所述第二雙極性接面晶體管的基極和所述 雙極性接面晶體管的集極。
17、 如權(quán)利要求16所述的靜電放電保護(hù)電路，其中每一所述電 連接線包括至少一導(dǎo)線。
18、 如權(quán)利要求16所述的靜電放電保護(hù)電路，其中每一電連接 線包括至少一雙極性接面晶體管。
19、 如權(quán)利要求16所述的靜電放電保護(hù)電路，其中至少一雙極 性接面晶體管是一寄生雙極性接面晶體管。
20、 如權(quán)利要求16所述的靜電放電保護(hù)電路，其中所述靜電放 電保護(hù)電路被制造在一 N型襯底上。
全文摘要
本發(fā)明提出數(shù)種用于靜電放電保護(hù)的具有電路布局圖案的實(shí)施例。一裝置具有一電路布局圖案可以被配置以保護(hù)輸入/輸出端點(diǎn)，或該電壓源。該電路布局圖案可以被設(shè)計(jì)以增加用于靜電放電電流路徑的耐壓。例如，可以運(yùn)用更多的環(huán)。本發(fā)明也提出用于靜電放電保護(hù)的電路實(shí)施例。依據(jù)一實(shí)施例，一靜電放電保護(hù)電路包括四個(gè)寄生雙極性接面晶體管被配置以保護(hù)該輸入/輸出端點(diǎn)，或該電壓源。更多的雙極性接面晶體管或電阻可以被用來增加靜電放電電流路徑的耐壓。不同的變化和修改可以通過改變摻雜區(qū)域的摻雜濃度而被實(shí)施。
文檔編號H01L27/02GK101150126SQ20071010636
公開日2008年3月26日 申請日期2007年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月20日
發(fā)明者陳東旸 申請人:奇景光電股份有限公司