專利名稱：低鉗位電壓esd裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電子學(xué)，且更具體而言，涉及形成半導(dǎo)體裝置及 結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
在過去，半導(dǎo)體工業(yè)利用各種方法及結(jié)構(gòu)來形成靜電放電(ESD) 保護裝置。根據(jù)一個國際標(biāo)準(zhǔn)，通常稱為IEC61000-4-2(等級2)(IEC 地址為瑞士日內(nèi)瓦(3， rue de Varemb6， 1211 Gen6ve 20， Switzerland))的國際電工委員會(IEC )標(biāo)準(zhǔn)，對于ESD事件，峰 電壓可介于2000與3000伏(2000-3000v )之間并且可在幾納秒(通 常小于2納秒(2nsec))的時間內(nèi)發(fā)生，并且可持續(xù)僅約l納秒(l nsec) 。 ESD裝置應(yīng)在約1納秒內(nèi)響應(yīng)ESD事件。IEC標(biāo)準(zhǔn)IEC 61000-4-5將電涌事件稱為具有約8微秒的上升時間及約20微秒的下 落時間的約10至20安培的電流。在電涌事件期間，希望將穿過裝置 的電壓降限制在最低值。
一些先前的ESD裝置使用齊納二極管及P-N結(jié)二極管來嘗試提 供ESD保護。 一般而言，先前的ESD裝置需要在低電容和具有銳擊
5穿電壓特性之間作權(quán)衡。銳擊穿電壓特性是為ESD裝置提供低鉗位 電壓所需要的。在多數(shù)情況下，裝置結(jié)構(gòu)具有高電容，通常大于約1 至6 (1-6)皮法拉。該高電容限制了 ESD裝置的響應(yīng)時間。此外， 該裝置在電涌事件期間具有大于所期望值的鉗位電壓。
一些先前的ESD裝置以穿通模式運轉(zhuǎn)，這要求裝置具有極薄且 準(zhǔn)確控制的外延層(通常小于約2微米的厚度)，并且要求外延層低 摻雜。此類結(jié)構(gòu)通常使其難以準(zhǔn)確地控制ESD裝置的鉗位電壓，且 尤其難以控制低鉗位電壓，諸如小于約10伏(10v)的電壓。此種 ESD裝置的一實例公開于美國專利第5,880,511號中，該專利于1999 年3月9日授予BinYu等人。另一 ESD裝置在與下方外延層的界面 處利用垂直型MOS電晶體的主體區(qū)域來形成齊納二極管。用于ESD 裝置的摻雜分布及深度導(dǎo)致了高電容及緩慢響應(yīng)時間(slow response time)。此外，在薄層內(nèi)很難控制輕微摻雜水平，這使得難以控制ESD 裝置的擊穿電壓。此ESD裝置的實例公開于發(fā)明人為MadhurBobde 的美國專利^^開號為第2007/0073807號中，其^>布于2007年3月29 曰。
因此，期望具有一種靜電放電(ESD)裝置，其在電涌事件期間 具有低鉗位電壓；具有低電容；具有快速響應(yīng)時間；在電涌事件期間 具有良好的受控鉗位電壓；制造申易于控制；并且具有能夠控制離低 電壓至高電壓的電壓范圍內(nèi)的鉗位電壓。


圖l示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的靜電放電(ESD)保護裝置的一 部分電路表示的實施方式；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的圖1的ESD裝置的一部分實施方式的 放大剖面圖;
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的圖2的ESD裝置的一部分實施方式的 放大平面圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明的圖1-圖3的ESD裝置的一些載流子濃度的曲線圖5示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的另一靜電放電(ESD)保護裝置 的一部分電路表示的實施方式；
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的圖5的ESD裝置的一部分實施方式的 放大剖面圖7為示出了根據(jù)本發(fā)明的圖5及圖6的ESD裝置的一些載流 子濃度的圖8示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的又一靜電放電(ESD)保護裝置 的一部分電路表示的實施方式;及
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的圖8的ESD裝置的實施方式的放大剖 面部分；
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的圖8及圖9的一部分實施方式的放大 平面圖；及
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的圖8-圖10的ESD裝置的一部分替代 實施方式的》文大平面圖。
為簡化并闡明附圖，圖中的元件不一定成比例，且不同圖中的相 同標(biāo)號代表相同元件。此外，省略了熟知步驟及元件的描述及細節(jié)以 簡化描述。如本文所用載流電極意指攜帶電流穿過裝置的裝置元件， 如MOS電晶體的源極或漏極、或雙扭電晶體的發(fā)射器或集電器、或 二極管的陰極或陽極；控制電極意指控制電流穿過裝置的裝置元件， 諸如MOS電晶體的閘極或雙極電晶體的基極。盡管本文將裝置解釋 為某種N-通道或P-通道裝置；或某些N-型或P-型摻雜區(qū)域，所屬領(lǐng)
域普通技術(shù)人員應(yīng)理解根據(jù)本發(fā)明補充裝置也是可能的。所屬領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)理解本文所用的詞語"期間"、"在"、"當(dāng)"并非指動作在啟動 動作之后立即發(fā)生的準(zhǔn)確術(shù)語，而可能有小但合理的延遲，如在由啟 動動作啟動的反應(yīng)之間的傳輸延遲。詞語"約"或"基本上"的使用意指
元件的值具有期望極接近所述值或位置的參數(shù)。然而，如本領(lǐng)域所熟 知的，通常會有小的變化阻止該值或位置嚴(yán)格等于所述值或位置。本 領(lǐng)域已經(jīng)確定多達約百分之十(10%)(且對于半導(dǎo)體摻雜濃度多達百分之二十(20%))祐_認為是嚴(yán)格等于所迷理想值的合理變化。為 簡化附圖，裝置結(jié)構(gòu)的摻雜區(qū)域圖示為具有通常的直線邊緣及精確的 角度邊角。然而，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員了解由于摻雜物的擴散及活化， 摻雜區(qū)域的邊緣通常可不為直線且邊角可不為精確的角度。
具體實施例方式
圖1示意性示出了一部分靜電放電(ESD)保護裝置或ESD裝 置100的實施方式的電路表示(circuit representation )，該靜電放電 保護裝置或ESD裝置100除具有極低電容外，還具有極低的鉗位電 壓。裝置100包括第一端子111及第二端子117兩個端子，并且被構(gòu) 造成在端子111與117之間提供電涌保護及ESD保護。端子111通 常為輸入端子且端子117通常連接至公共參考電位(common reference potential)，諸如使用裝置100的系統(tǒng)的地電位。端子111 通常連接至欲受裝置100保護的另一電子元件(未出示)。裝置IOO 被構(gòu)造成在電涌事件期間端子111與117之間具有極低鉗位電壓并且 具有低電容。低電容有助于為裝置100提供快速響應(yīng)時間。為有助于 在電涌事件期間提供極低的鉗位電壓，裝置100被形成為具有在端子 111與117之間所形成的低阻傳導(dǎo)路徑。此外，所形成的裝置100具 有銳膝點電壓或銳擊穿電壓特性，其有助f"準(zhǔn)確控制鉗位電壓的值。 裝置100包括第一二極管114，該第一二極管114具有連接至端子111 的陽極。裝置100還包括齊納二極管118,該齊納二極管118具有連 接至端子117的陽極以及連接至二極管114的陰極的陰極。
若在端子lll上接收到電涌事件或靜電放電(ESD)事件，則會 迫使端子111相對于端子117具有正電壓。正電壓朝向偏壓二極管 114。當(dāng)端子111與117之間的電壓達到裝置100的正閾值電壓(二 極管114的正向電壓加上二極管118的齊納電壓)時，正電流(Ip) 自端子111穿過二極管114流向二極管118，并穿過二極管118流向 端子117。裝置100鉗制在端子111與117之間所形成的最大電壓， 因此鉗位電壓——約為二才及管118的齊納電壓加上二極管114的正向電壓加上穿過端子111與117之間的傳導(dǎo)路徑的電壓降。所形成的裝 置100能最小化傳導(dǎo)路徑中的電阻，從而降低鉗位電壓的值。
在正常運轉(zhuǎn)下，裝置100藉由(諸如)施加約1伏(IV)至端 子111并施加地面參考電壓至端子117來將裝置100偏壓至正常運轉(zhuǎn) 電壓，如介于約l伏(IV)與約二極管118的齊納電壓之間的電壓。 由于下文所述的裝置100的特性，當(dāng)端子lll與117之間的電壓隨此 正常運轉(zhuǎn)電壓的變化時，裝置100的電容保持較低。然而，ESD裝置 的電容通常由對裝置施加的零電壓來確定。此零電壓條件通常指零偏 壓條件。如將進一步由下文所看出，在此零偏壓條件下，下文所述的 裝置100的低電容特征形成了二極管114的極低電容值。
圖2示出了 ESD裝置100的一部分實施方式的放大剖面圖。二 極管114及118由箭頭以一般方式標(biāo)出。二極管114與118形成于半 導(dǎo)體襯底25之上。半導(dǎo)體層33藉由(諸如)外延生長形成于襯底25 之上，并且層33的一部分可作用二極管14的漂移區(qū)。端子117通常 藉由在襯底25的底面上形成導(dǎo)體50 (諸如金屬)并且提供由導(dǎo)體50 至端子117的連接而形成。
圖3示出了形成導(dǎo)體152及絕緣體51之前，ESD裝置100的一 部分的放大平面圖。裝置100的區(qū)域29(圖2)在圖3中由虛線示出， 因為其在圖2中所示的層33辨部分之下。閨2為橫過剖面線2-2的圖。
圖4為示出了裝置100的優(yōu)選實施方式的載流子濃度分布的曲線 圖。橫坐標(biāo)表示由層33表面進入裝置100的深度，且縱坐標(biāo)表示載 流子濃度的增加值。曲線168示出了由施加在端子111與117之間的 零偏壓所產(chǎn)生的裝置100的載流子濃度。此描述參考圖1-圖4。
半導(dǎo)體區(qū)域29在形成層33的摻雜物與襯底25的摻雜物的界面 附近形成以形成二極管118。在優(yōu)選實施方式中，襯底25以P-型導(dǎo) 電性形成，其具有不低于約lxlO"個原子/cm、且優(yōu)選地介于約lxl019 與lxlO"個原子/ci^之間的摻雜濃度。在此優(yōu)選實施方式中，半導(dǎo)體 區(qū)域29形成為N-型區(qū)域，其具有不低于約lxlO"個原子/cm 且優(yōu)選 地介于約lxlO"與lxlO"個原子/ci^之間的峰摻雜濃度。此外，區(qū)域29的厚度通常低于1微米，且優(yōu)選地介于約1至3 (1-3 )微米之間。 由于區(qū)域29的小的厚度以及區(qū)域29及襯底25的高摻雜濃度，當(dāng)在 端子lll與117之間形成正電壓時，該電壓將載流子濃度限定在區(qū)域 29內(nèi)的小且高密度的區(qū)域，并且接近于襯底25的界面。此載流子及 摻雜物的高濃度給齊納二極管118提供了具有極銳躍遷或膝點，并容 許極準(zhǔn)確地控制二極管118的擊穿電壓或齊納電壓。二極管118的擊 穿電壓或齊納電壓可藉由改變區(qū)域29及/或村底25的載流子濃度或載 流子分布來調(diào)節(jié)。這使得能夠精確控制用于特定應(yīng)用的擊穿電壓，諸 如用于5伏或12伏或24伏(5V、 12V、 24V)擊穿電壓的應(yīng)用。
所形成的層33優(yōu)選地具有較低的峰摻雜濃度，該濃度至少低于 區(qū)域29的摻雜濃度一個數(shù)量級，并且通常介于約lxl0"與lxlO"個 原子/ci^之間。層33與區(qū)域29可藉由所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的各 種方法形成于襯底25之上。舉例而言，薄N-型外延層(未示出)可 形成于襯底25之上作為層33的第一部分?？蓳诫s此第一部分以形成 區(qū)域29。此后可形成層33的剩余部分。
二極管114包括形成于層33表面上導(dǎo)電性與襯底25相同的摻雜 區(qū)域。所形成的區(qū)域142延伸進層33內(nèi)并覆蓋區(qū)域29。導(dǎo)體95,且 優(yōu)選地多個導(dǎo)體95在接近區(qū)域142處形成，以自層33的表面延伸穿 過層33，并與區(qū)域29相交。如風(fēng)3所示出，導(dǎo)體95,優(yōu)選地形成為具 有近端，該近端接近區(qū)域142并橫向延伸穿過覆蓋區(qū)域29的層33的 一部分。導(dǎo)體95的遠端通常遠離區(qū)域142，且優(yōu)選地接近區(qū)域29的 周邊。導(dǎo)體95的近端通常與區(qū)域142隔開距離96，該距離96優(yōu)選地 不大于層33的厚度34。厚度34在區(qū)域29與層33的表面之間測量。 厚度34藉由一距離將區(qū)域142與區(qū)域29隔開，該距離有助于最小化 二極管114的電容。在區(qū)域142與29之間的層33的部分形成二極管 114的漂移區(qū)。厚度34通常為約2至20 (2-20)微米且優(yōu)選地為約7 (7)微米，厚度34通常為至少約2微米，以將裝置100的電容最小 化、降低寄生電晶體的形成、并確保裝置IOO不在穿通運轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)運 轉(zhuǎn)。距離96優(yōu)選地不大于厚度34，且在一實施方式中，小于7(7)微米。導(dǎo)體95通常藉由使開口由表面延伸穿過層33以暴露一部分區(qū) 域29來形成。然后，用導(dǎo)體(如摻雜多晶硅)填充開口以形成導(dǎo)體 95。若導(dǎo)體95由摻雜半導(dǎo)體材料形成，則材料具有與層33相同的導(dǎo) 電性。用于形成導(dǎo)體95的材料的電阻系數(shù)低于層33的材料的電阻系 數(shù)，并且通常顯著低于層33的材料的電阻系數(shù)。在優(yōu)選實施方式中， 導(dǎo)體95由N-型摻雜多晶硅形成，該N-型摻雜多晶硅的摻雜濃度不低 于約lxlO"個原子/cii^且優(yōu)選地介于約lxio"與lxl0"個原子/cm3之間。
在電涌事件期間，電流Ip從端子111穿過形成于區(qū)域142與層 33之間的P-N結(jié)流進入層33的漂移區(qū)。層33的較低摻雜濃度有助 于降低裝置100的電容，但其也會形成由二極管114至二極管118的 較高阻傳導(dǎo)路徑。導(dǎo)體95的低電阻系數(shù)形成低阻傳導(dǎo)路徑，該路徑 容許電流由層33流入導(dǎo)體95并到達區(qū)域29。導(dǎo)體95的較低電阻系 數(shù)最小化端子lll與117之間的傳導(dǎo)路徑中的電阻，并形成較電流穿 過層33的較高電阻流動而形成的電壓降更低的電壓降。若距離96顯 著大于厚度34，則由區(qū)域142至導(dǎo)體95的路徑將形成大于厚度34的 距離的電阻，因此電流將不會流過導(dǎo)體95。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將了解 距離96可大于厚度34并仍提供較低的電阻。據(jù)信距離96可大于厚 度34多達百分之五十(50%)并仍振供略低的電阻，盡管形成不大 于厚度34的距離96在降低電阻方面更為有效。使距離96小于厚度 34有助于形成低阻傳導(dǎo)路徑。使用如圖3所示出的多個導(dǎo)體95能形 成多個平行的低阻傳導(dǎo)路徑，其有助于傳導(dǎo)大電流。因此，導(dǎo)體95 在電涌事件期間藉由以下來降低裝置100的鉗位電壓降低裝置100 的傳導(dǎo)路徑中的電壓降，從而降低穿過裝置100的電壓降，因而降低 裝置100的鉗位電壓。在優(yōu)選實施方式中，由導(dǎo)體95所形成的傳導(dǎo) 路徑的電阻小于約0.1歐姆，且在電涌事件期間的所得電壓降通常小 于約2伏(2V)。據(jù)信此低電阻傳導(dǎo)路徑的電阻系數(shù)為先前技術(shù)的裝 置電阻系數(shù)的約十分之一 (0.1)。
可形成可選的隔離槽135以隔離部分層33，其中二極管114與導(dǎo)體95由層33的其它部分形成。優(yōu)選實施方式中省略了槽135。在 一些情況下，槽135藉由降低層33接近區(qū)域142的量來降低二極管 114的電容。槽135通常藉由制造從層33的頂面穿過層33并延伸至 襯底25內(nèi)的開口來形成。槽135還可穿過區(qū)域29—段距離延伸至襯 底25內(nèi)以阻止橫向穿過區(qū)域29的傳導(dǎo)。槽135藉由(諸如)沿槽135 的側(cè)壁及底部形成絕緣襯層130并用絕緣體或用摻雜或非摻雜多晶硅 填充開口的剩余部分而提供隔離?？晒┻x擇地，絕緣襯層130可沿槽 135的側(cè)壁而不沿底部形成，并且可用絕緣體或具有襯底25的導(dǎo)電性 及摻雜的材料填充開口的剩余部分。加襯的側(cè)壁能防止槽135與層33 之間形成P-N結(jié)，因為此結(jié)會增加裝置IOO的電容。形成槽135的方 法已為所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。槽135優(yōu)選形成為具有外周的封閉 多角形，其環(huán)繞一部分層33，因此槽135可被認為是多聯(lián)通域。優(yōu)選 地，槽135為一個連續(xù)槽，其形成以環(huán)繞區(qū)域142及導(dǎo)體95。
區(qū)域142的峰摻雜濃度通常大于層33的峰摻雜濃度，且優(yōu)選地 約等于襯底25的峰摻雜濃度。所形成的區(qū)域142通常由表面延伸至 層33內(nèi)一段不大于約二 (2)微米且優(yōu)選約十分之一至2 (0.1-2)微 米的距離。區(qū)域142與層33之間的大差異的摻雜濃度以及區(qū)域142 的淺層深度有助于提供具有極小的零偏壓電容的二極管114。此二極 管114的極小零偏壓電容有助于形成裝置1D0的小零偏壓電容、如上 文所述。零偏壓下裝置100的電容通常小于約0.4皮法拉且優(yōu)選不大 于約0.2皮法拉。
隨后，絕緣體151可形成于層33表面上。通常穿過絕緣體151 形成開口以暴露部分區(qū)域141?？赏扛矊?dǎo)體152以形成與區(qū)域142的 電接觸。導(dǎo)體152通常隨后連接至端子111。
參考圖2與圖3，靠近的導(dǎo)體95通向區(qū)域142，因此流過導(dǎo)體 95而非層33的電流Ip越多，則傳導(dǎo)路徑的電阻越低且裝置100的鉗 位電壓越低。因此降低距離96能進一步降低傳導(dǎo)路徑的電阻，從而 降低裝置IOO的鉗位電壓而不實質(zhì)上增加電容。據(jù)信低電容與低鉗位 電壓之間的最合適平衡對于距離96而言僅小于厚度34。導(dǎo)體95甚至可形成為與區(qū)域142相交，如在圖2中標(biāo)為94的虛線所示。形成與 區(qū)域142相交的導(dǎo)體95能最小化流過導(dǎo)體95的電流Ip的量，因而 最小化傳導(dǎo)電阻并最小化鉗位電壓。圖3中的虛線94示出了延伸至 與區(qū)域142相交的導(dǎo)體95。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解在導(dǎo)體95與區(qū) 域142相交的情況下，區(qū)域142與各導(dǎo)體95之間形成P-N結(jié)。此P-N 結(jié)不影響裝置100的運轉(zhuǎn)或極低的低鉗位電壓。形成與區(qū)域142相交 的導(dǎo)體95可增加裝置100的電容。對于導(dǎo)體95與區(qū)域142相交的實 施方式，很重要的是絕緣體51覆蓋導(dǎo)體95 (虛線94)并且將其與導(dǎo) 體152電隔離。
可選擇地，導(dǎo)體格柵97 (圖3)可為形成的交叉導(dǎo)體95。格柵 97的一實例由箭頭以一般方式示出。格柵97通常包括導(dǎo)體98，且優(yōu) 選地包括多個導(dǎo)體98，所形成的導(dǎo)體98類似于導(dǎo)體95,不同之處為 導(dǎo)體98形成為與多個導(dǎo)體95相交以將至少一部分導(dǎo)體95互連在一 起。而且，可形成與至少一部分導(dǎo)體98相交的可選導(dǎo)體99以將一部 分導(dǎo)體98互連在一起。導(dǎo)體98與99以類似于導(dǎo)體95的方式形成。 在一個實施方式中，形成環(huán)繞區(qū)域142并與導(dǎo)體95垂直相交的導(dǎo)體 98。在此實施方式中，形成的導(dǎo)體99垂直于導(dǎo)體98。導(dǎo)體98與99 進一步增加電流穿過裝置100的傳導(dǎo)路徑，從而進一步降低裝置100 的傳導(dǎo)路徑中的電阻。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解,導(dǎo)體98與99可具有 其它幾何構(gòu)造，只要其進一步增加穿過裝置100的傳導(dǎo)路徑以便傳導(dǎo) 路徑與導(dǎo)體95電平行即可。盡管導(dǎo)體95圖示為直線原件，所屬領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)了解導(dǎo)體95可具有任何形狀，只要其降低裝置100的電 阻，增加穿過裝置100的平行傳導(dǎo)路徑數(shù)量并降低裝置100的鉗位電 壓即可。
參考圖5，導(dǎo)體95可用于各種ESD裝置構(gòu)造以降低其鉗位電壓 ——包括多通道ESD裝置。圖5示意性示出了一部分ESD裝置10 的實施方式的電路表示，該ESD裝置10為圖1-圖4的描述中所解釋 的裝置100的可供選擇的實施方式。形成的裝置10具有極低的鉗位 電壓及低電容。裝置IO包括兩個輸入/輸出(I/0)端子，即第一端子ll與第二端子12，并且被構(gòu)造成提供端子11與端子12之間的雙向ESD 保護。端子11與12的任一個可為輸入端子或輸出端子。輸出端子通 常連接至欲被裝置10保護的另一原件(未示出)。舉例而言，端子 12可用作輸出端子并連接至穩(wěn)壓電源(如5V電源)的高邊。裝置10 被構(gòu)造成在端子11與12之間具有極低鉗位電壓與低電容。此外，形 成的裝置10具有銳膝點或銳擊穿電壓特性，其有助于準(zhǔn)確控制鉗位 電壓的值。低電容有助于提供具有快速響應(yīng)時間的裝置10。為有助于 在電涌事件期間提供極低的鉗位電壓，裝置10形成為具有形成于端 子11與12之間的低阻傳導(dǎo)路徑。裝置10包括多個導(dǎo)向二極管通道， 該通道包括第一導(dǎo)向二極管通道16及第二導(dǎo)向二極管通道22。通道 16包括第一導(dǎo)向二極管14，該第一導(dǎo)向二極管14具有一般連接至端 子11并連接至第二導(dǎo)向二極管15的陰極的陽極。通道22包括第三 導(dǎo)向二極管20，該第三導(dǎo)向二極管20具有一般連接至端子12并連接 至第四導(dǎo)向二極管21的陰極的陽極。二極管14、 15、 20、及21形成 為具有低電容的P-N結(jié)二極管。齊納二極管18與通道16與22各自 平行相連。二極管18具有連接至二極管15及21的陽極的陽極，及 連接至二極管14及20的陰極的陰極。
若端子11接收到正電涌事件或ESD事件，則會使端子11相對 于端子12具有正電應(yīng)。正電壓朝向偏壓二極管14及21，且背向偏壓 二極管18以及二極管15及20。隨著端子11與12之間的電壓達到裝 置10的正閾值電壓(二極管14及21的正向電壓加上二極管18的齊 納電壓)，正電流(Ip)自端子11穿過二極管14流向二極管18，并 穿過二極管18及21流向端子12。裝置10在端子11與12之間形成 鉗位電壓，該鉗位電壓約為二極管18的齊納電壓加上二極管14及21 的正向電壓加上跨過端子11與12之間傳導(dǎo)路徑電阻的電壓降。若端 子11接收到負電涌事件或ESD事件，則會使端子11相對于端子12 具有負電壓。負電壓朝向偏壓二極管20及15，且背向偏壓二極管18 以及二極管14及21。隨著端子11與12之間的電壓達到裝置10的負 閾值電壓(二極管20與15的正向電壓加上二極管18的齊納電壓)，負電流(Ip )自端子12穿過二極管20流向二極管18,并穿過二極管 18及15流向端子11。 二極管18的銳膝點使裝置10快速將端子11 與12之間的鉗位電壓形成為二極管18的齊納電壓加上二極管15與 20的正向電壓加上跨過端子11與12之間傳導(dǎo)路徑電阻的電壓降。
在正常運轉(zhuǎn)下，裝置10藉由(例如)施加約1伏(IV)至端子 11并施加地面參考電壓至端子12來將裝置10偏壓至正常運轉(zhuǎn)電壓， 諸如介于約1伏(IV)與二極管18的齊納電壓之間的電壓。由于下 文所述的裝置10的特性，隨著端子11與12之間的電壓隨此正常運 轉(zhuǎn)電壓的變化，裝置10的電容保持較低。然而ESD裝置的電容通常 由對裝置施加的零電壓來確定。此零電壓條件通常指零偏壓條件。如 將進一步由下文所看出，在此零偏壓條件下，下文所述的裝置10的 低電容特征形成了二極管14、 15、 20、及21的極低電容值。由于在 端子11與12之間有兩條平行路徑，各路徑的電容值為各路徑中電容 的加和結(jié)果。第一路徑包括串聯(lián)的二極管14、 18及21的電容。由于 串聯(lián)電容器的電容小于最小電容器的電容，因此第一路徑的電容小于 二極管14、 18、或21任一的電容。所形成的裝置10能使二極管14 與21的零偏壓電容極小，如由下文所進一步看出。類似地，包括二 極管20、 18及15的第二路徑的電容也極低。兩條路徑的總加和值形 成了裝置10的小零偏壓電容。 3
圖6圖示出裝置10的一部分實施方式的放大剖面圖。二極管14、 15、 20、 21、及18由箭頭以一般方式標(biāo)出。二極管14、 15、 20、 21、 及18形成于半導(dǎo)體襯底25之上。
圖7為示出了裝置10的較佳實施方式的零偏壓載流子濃度分布 的圖。橫坐標(biāo)表示由層33表面進入裝置10的深度，且縱坐標(biāo)表示載 流子濃度的增加值。曲線68示出了由施加在端子111至117的正偏 壓(諸如藉由正ESD事件)所產(chǎn)生的裝置10的栽流子濃度。曲線68 類似于圖4中所示出的曲線168。此描述參考圖6及圖7。'
半導(dǎo)體區(qū)域29接近形成層33的摻雜物與襯底25的摻雜物的界 面形成以形成二極管18。層33如上文所解釋而形成。隨后，可形成隔離槽35、 37、及39以隔離部分層33，其中二極管14與20將由將 形成二極管15與21之處的層33部分形成。槽35、 37、及39通常藉 由制造自層33頂面穿過層33并延伸至襯底25內(nèi)的開口來形成。槽 35還可穿過區(qū)域29 —段距離延伸至襯底25內(nèi)以阻止橫向穿過二極管 18與二極管15或21任一者之間的區(qū)域29的傳導(dǎo)。槽35、 37、及39 藉由(例如)沿槽35、 37、及39的側(cè)壁及底部形成絕緣襯層30并用 絕緣體或摻雜或非摻雜多晶硅填充剩佘部分開口而具有隔離?？晒┻x 擇地，絕緣村層30可沿槽35、 37、及39的側(cè)壁而不沿底部形成，并 且可用絕緣體或具有襯底25的導(dǎo)電性及摻雜的材料填充開口的剩余 部分。形成槽35、 37、及39的方法已為所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。 由于槽35延伸穿過區(qū)域29，其降低了對準(zhǔn)公差并使得容易可靠地生 產(chǎn)裝置IO。槽35優(yōu)選形成為具有外周的封閉多角形，其具有環(huán)繞一 部分層33的開口，因此槽35可被認為是多聯(lián)通域。類似地，每個槽 37與39可被認為是多聯(lián)通域。每個槽35、 37、及39可視為將裝置 10的環(huán)繞部分與其它部分之間的電偶聯(lián)最小化的阻斷結(jié)構(gòu)。二極管14包括形成于層33表面上具有與襯底25相同的導(dǎo)電性 的摻雜區(qū)域42。區(qū)域42類似于圖1-圖4的描述中所解釋的區(qū)域142。 類似地，二極管20包括形成于層33表面上具有與襯底25相同的導(dǎo) 電性的摻雜銀域48。區(qū)域48美似于區(qū)域42。所形成的區(qū)域"參48 延伸至層33內(nèi)并覆蓋區(qū)域29。區(qū)域42及48通常藉由一距離與區(qū)域 29隔開，該距離有助于最小化二極管15及21的電容。間隔通常為約 2至20 (2-20)微米。區(qū)域42與29之間以及區(qū)域48與29之間的層 33部分分別形成二極管14與20的漂移區(qū)。層33的厚度34通常為至 少約2微米以降低寄生電晶體的形成，并且確保裝置10不在穿通運 轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)運轉(zhuǎn)。形成兩組導(dǎo)體95,其中一組接近區(qū)域42且另一組接近區(qū)域48。 導(dǎo)體95形成以由層33的表面穿過層33延伸并與區(qū)域29相交。參考 圖3及圖6，兩組導(dǎo)體95優(yōu)選形成為具有近端，該近端接近關(guān)聯(lián)區(qū)域 42及48并沖黃向穿過層33覆蓋區(qū)域29延伸。兩組導(dǎo)體95的遠端優(yōu)選遠離關(guān)聯(lián)區(qū)域42及48。兩組導(dǎo)體95的近端通常藉由距離96與關(guān)聯(lián) 區(qū)域42及48隔開。區(qū)域29與區(qū)域42的層33部分形成二極管14及 20的漂移區(qū)。接近區(qū)域42的導(dǎo)體組的導(dǎo)體95降低區(qū)域42至區(qū)域29 的傳導(dǎo)路徑的電阻，從而降低二極管14與18之間的電阻，且接近區(qū) 域48的導(dǎo)體組的導(dǎo)體95降低區(qū)域48至區(qū)域29的傳導(dǎo)路徑的電阻， 從而降低二極管20與18之間的電阻。區(qū)域42及48與導(dǎo)體95通常設(shè)置為完全由槽35環(huán)繞。優(yōu)選地， 槽35為一個連續(xù)槽。由于槽35延伸穿過層33,其降低層33接近區(qū) 域42及48的量，從而有助于降低二極管14及20的電容。區(qū)域42 及48的峰摻雜濃度通常大于層33的峰摻雜濃度，且優(yōu)選約等于襯底 25的峰摻雜濃度。所形成的區(qū)域42及48通常由表面延伸至層33內(nèi) 一段不大于約二 ( 2 )微米且優(yōu)選約十分之一至2 ( 0,1-2 )微米的距離。 區(qū)域42與層33之間以及區(qū)域48與層33之間大差異的摻雜濃度以及 區(qū)域42及48的淺層深度有助于為二極管14及20分別提供極小的零 偏壓電容。此二極管14及20的極小零偏壓電容有助于形成裝置10 的小零偏壓電容，如下文所述。零偏壓下二極管14、 18、及20各自 的電容小于約0.4皮法拉且形成裝置10的電容的二極管14、 18、及 20的等價串聯(lián)電容為約0.2皮法拉且優(yōu)選不大于約0.01皮法拉。在層33內(nèi)形成具有與襯底25扭反導(dǎo)電性的摻雜區(qū)域49以形成 二極管21。類似地，在層33內(nèi)形成具有與襯底25相反導(dǎo)電性的摻雜 區(qū)域41以形成二極管15。區(qū)域41及49形成于層33表面上，且優(yōu)選 延伸至層33內(nèi)與區(qū)域42及48大約相同的距離。然而區(qū)域41及49 不覆蓋區(qū)域29。設(shè)置區(qū)域41使得區(qū)域41的周邊(諸如在層33表面 的周邊)完全由槽37環(huán)繞，且設(shè)置區(qū)域49使得區(qū)域49的周邊(如 在層33表面的周邊)完全由槽39環(huán)繞。槽37及39各自優(yōu)選形成為 一個連續(xù)槽。由于槽37及38延伸穿過層33,它們限制了接近各自區(qū) 域41及49的層33的量，從而有助于降低各自二極管15及21的電 容。在優(yōu)選實施方式中，區(qū)域41及49具有大于層33的峰摻雜濃度 且優(yōu)選約等于襯底25的峰摻雜濃度的峰摻雜濃度。可在層33內(nèi)形成具有與村底25相反導(dǎo)電性的可選的摻雜區(qū)域 44。區(qū)域44通常覆蓋區(qū)域29形成且設(shè)置在與區(qū)域42及48相連的導(dǎo) 體95之間，因此，區(qū)域44在槽35所形成的多聯(lián)通域內(nèi)。區(qū)域44優(yōu) 選延伸至層33內(nèi)與區(qū)域42及48大約相同的距離。區(qū)域44用作通道 阻絕層，其有助于防止在二極管14與20之間的層33的表面附近形 成反轉(zhuǎn)通道。此外，區(qū)域44與33之間的高差異的摻雜濃度有助于防 止在區(qū)域42、層33與區(qū)域48之間的寄生雙極電晶體的形成。在差異 摻雜濃度不形成此寄生雙極電晶體的一些實施方式中，可省去區(qū)域 44。如可看出，裝置10通常缺乏導(dǎo)電性與襯底25相同并且設(shè)置在二 極管14與區(qū)域29之間，因此在區(qū)域42與29之間的摻雜區(qū)域。隨后，絕緣體51可形成于層33的表面上。開口通常穿過絕緣體 51形成以暴露部分區(qū)域41、 42、 48及49?？赏扛矊?dǎo)體52以形成與 區(qū)域41及42 二者的電接觸?？赏扛矊?dǎo)體53以形成與區(qū)域48及49 二者的電接觸。隨后，導(dǎo)體52及53通常分別與端子11及12相連。 由于裝置10的ESD電流不穿過襯底25的底面，所以通常導(dǎo)體不涂 覆于其上。當(dāng)裝置10在端子11上接收到相對于端子12的正電涌事件或正 ESD事件時，二極管14及21正向偏壓且二極管15及20反向偏壓。 由于損耗區(qū)域的原因，i層33的載流子密度進一步自零偏壓條件(曲 線68)降低，這有助于進一步降低裝置IO的電容。裝置10在零偏壓 下的電容通常低于約0.4皮法拉且裝置10的等價串聯(lián)電容為約0.2皮 法拉且優(yōu)選不大于約0.1皮法拉。當(dāng)裝置IO在端子11上接收到相對于端子12的負電壓時，二極 管20及15正向偏壓且二極管14及21反向偏壓。由于損耗區(qū)域的原 因，層33的載流子密度進一步自零偏壓條件降低，這有助于進一步 降低裝置10的電容。注意對于兩種ESD放電事件，ESD電流均進入 襯底25的頂面與層33并出來。ESD電流不流穿襯底25的底面，因 此，襯底25的底面通常具有浮動電位。在另一實施方式中，裝置'10還包括第三端子17 (在圖5中由虛線示出)。在使用裝置10的此實施方式的多數(shù)應(yīng)用中，端子17將與 使用裝置10的系統(tǒng)的地面參考電位相連。此三個端子的構(gòu)造為在端 子11或12的任一上接收到大電壓提供端子11與12之間、端子11 與17之間、以及端子12與17之間的保護。再參考圖6，端子17藉 由在襯底25的底面上形成導(dǎo)體50 (由虛線示出)(如金屬)，并提 供由導(dǎo)體50至端子17的連接而形成。當(dāng)發(fā)生靜電放電時，在一短暫的時間內(nèi)通常產(chǎn)生大電壓及電流 峰。 一般而言，峰電流及峰電壓在若干納秒的時間內(nèi)產(chǎn)生，通常小于 2納秒(2nsec.)且僅可持續(xù)約l納秒(lnsec)。電流通常在約二十 (20)納秒的另一時間段內(nèi)增至平臺期并在又一 20至40 (20-40)納 秒緩慢降低。電流的峰值可介于1至30安培(1-30 apms)之間，且峰 電壓可介于2000與3000伏(2000-3000 V)之間。裝置10的原件的 大小及響應(yīng)時間優(yōu)選構(gòu)造成響應(yīng)峰電壓的時間段期間的電壓并傳導(dǎo) 峰電流。在端子11與12之間的ESD事件期間，二極管14與21串 聯(lián)或者二極管15與20串聯(lián)，有效電容為總串聯(lián)電容。由于串聯(lián)電容 器產(chǎn)生小于最小電容的電容，因此低電容確保了裝置10的電容低至 足以使裝置10在峰ESD電壓及電流期間響應(yīng)ESD事件并傳導(dǎo)ESD 電流。對瞬時ESD事件的響應(yīng)還取決于ESD裝置以及安裝ESD裝置 的電路/系統(tǒng)的寄生電阻及電感。 -圖8示意性示出了 ESD裝置55的一部分電路表示的實施方式， 該ESD裝置55為圖5-圖7的描述中所述的裝置10的可供選擇的實 施方式。裝置55的電路示意圖類似于裝置10的電路示意圖，不同之 處在于裝置55包括端子17并具有連接至二極管18的陰極的第四端 子58。此外，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員將了解裝置55以及裝置IO可包括其 它通道，如與通道16平行的另一通道46及與通道22平行的另一通 道47。通道46包括串聯(lián)的P-N 二極管75及76,其具有連接至二極 管75與76的公共結(jié)點的端子77。同樣，通道47包括串聯(lián)的P-N二 極管79及80，其具有連接至二極管79與80的公共結(jié)點的端子81。 在使用裝置55的應(yīng)用中，端子58通常連接至電源的電壓軌且端子17連接至公共參考電位。端子11及12為穿過端子11及12的信號提供 ESD保護。圖9示出了裝置55的一部分實施方式的放大剖面圖。裝置55 的剖面類似于裝置10的剖面，不同之處在于裝置55包括連接至端子 58的導(dǎo)體54，且還包括導(dǎo)體62及64。對于圖5中所示出的實施方式， 區(qū)域44不為可選的且用于為導(dǎo)體54提供與層33的低阻電連接。低 阻電連接有利于將端子58連接至二極管18的陰極。希望形成二極管14及20以具有實質(zhì)上相等的電容值。在一些情 況下，弱反轉(zhuǎn)層可接近層33表面在區(qū)域44與48之間及區(qū)域44與42 之間形成。此反轉(zhuǎn)層可影響二極管14及20的電容。導(dǎo)體62及64有 助于最小化二極管14及20的電容值中的紊亂以4吏值更匹配。導(dǎo)體62 及64的每個可視為將裝置10的環(huán)繞部分與其它部分之間的電偶聯(lián)最 小化的阻斷結(jié)構(gòu)。所形成的導(dǎo)體62自層33表面穿過層33延伸并與 區(qū)域29相交。導(dǎo)體62的周邊通常形成環(huán)繞層33的一部分的閉合多 角形。區(qū)域48及與區(qū)域48相連的導(dǎo)體95設(shè)置在層33被導(dǎo)體62環(huán) 繞的部分內(nèi)。導(dǎo)體62通常設(shè)置得比導(dǎo)體95更遠離區(qū)域48。所形成的 導(dǎo)體64也自層33表面穿過層33延伸并與區(qū)域29相交。導(dǎo)體64的 外周通常形成環(huán)繞層33的另 一部分的閉合多角形。區(qū)域42及與區(qū)域 42相連的導(dǎo)體95設(shè)置在層33被導(dǎo)體64環(huán)繞的部分內(nèi)。導(dǎo)體62通常 設(shè)置得比導(dǎo)體95更遠離區(qū)域48以防止增加區(qū)域42的電容及因此所 致的二極管14的電容?？烧J為導(dǎo)體62及64的每個都為多聯(lián)通域。 導(dǎo)體62及64通常藉由制造自表面穿過層33延伸的開口以暴露一部 分區(qū)域29來形成。然后，用導(dǎo)體(如摻雜多晶硅)填充開口以形成 導(dǎo)體62及64。在使用摻雜半導(dǎo)體材料的情況下，材料具有與層33相 同的導(dǎo)電性以防止形成層33與導(dǎo)體62或64 4壬一之間的P-N結(jié)，因 為此結(jié)可增加裝置55的電容。在另一實施方式中，所形成的其中形成導(dǎo)體62及64的開口可具 有絕緣襯層，該絕緣襯層在側(cè)壁上但不再底面上。省去底面上的襯層 有利于形成與區(qū)域29的電連接。在又一實施方式中，導(dǎo)體62及64可用隔離槽(如槽35)來代替。然而，此隔離槽將延伸至區(qū)域29的 表面但不延伸穿過區(qū)域29,以容許穿過區(qū)域29傳導(dǎo)。所屬領(lǐng)域技術(shù) 人員應(yīng)了解導(dǎo)體62及64可添加至圖5及圖6的裝置10上。
盡管P-N二極管75、 76、 79、及80未在圖9中示出，所屬領(lǐng)域 技術(shù)人員應(yīng)了解二極管75及79應(yīng)形成為覆蓋區(qū)域29的摻雜區(qū)域， 分別類似于二極管14及20并對應(yīng)區(qū)域42及48。 二極管75及79的 摻雜區(qū)域通常被槽35環(huán)繞。為形成二極管75及79,區(qū)域29可制得 較大，如在垂直于圖5中所示的紙面方向延伸?？晒┻x擇地，可在襯 底25上形成類似于區(qū)域29的另一區(qū)域并將其與區(qū)域29電連接。因 此，區(qū)域29或類似于區(qū)域29的其它區(qū)域?qū)㈦娺B接二極管75及79的 陰極與二極管18的陰極。二極管76及80形成于層33內(nèi)并且不覆蓋 區(qū)域29。用于二極管76及80的摻雜區(qū)域應(yīng)在由類似于槽37或39任 一的槽所形成的閉合多角形內(nèi)。因此，二極管76及80的陽極將由襯 底25連接至二極管18的陽極。
在另一可供選擇的實施方式中，可形成自區(qū)域44穿過層33延伸 并與區(qū)域29相交的多個導(dǎo)體56。由于導(dǎo)體56為可選的，其在圖9中 由虛線示出。導(dǎo)體56降低了導(dǎo)體54與二極管18的陰極間的連接的 電阻。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解導(dǎo)體56可提供降低的電阻而不完全 穿過層33至29。 一般而言，導(dǎo)體56應(yīng)延伸層33表面向區(qū)域29的距 離的至少一半且可進一步延伸長達接觸區(qū)域29的距離。導(dǎo)體56通常 以類似于導(dǎo)體62及64的方式形成。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解導(dǎo)體62 及64可自裝置55省去。
圖10示出了裝置55的一部分實施方式的放大平面圖。圖10示 出了形成導(dǎo)體52、 53、及54之前的裝置55以便可以看到裝置55的 布局。圖10示出了環(huán)繞區(qū)域49及導(dǎo)體95的導(dǎo)體62，及環(huán)繞區(qū)域42 及導(dǎo)體95的導(dǎo)體64?？晒┻x擇地，導(dǎo)體95可橫穿襯底25延伸至與 環(huán)繞特定組的導(dǎo)體95的導(dǎo)體62或?qū)w64的一相交。槽35、 37、及 39的多聯(lián)通特性以及導(dǎo)體62及64的多聯(lián)通特性在圖10中示出。導(dǎo) 體56由虛線以一般方式在圖10中示出。盡管區(qū)域29的給定摻雜濃度用于二極管18、 71、及73各自的5 伏擊穿電壓的優(yōu)選實施方式，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解摻雜濃度可能 需要因其它擊穿電壓而改變。舉例而言，對于80伏(80v)擊穿電壓， 可降低區(qū)域29的摻雜濃度，或可降低村底25的摻雜濃度，或可一起 降低區(qū)域29與襯底25的摻雜濃度。
圖11示出了 ESD裝置55的可供選擇的實施方式的一部分的放 大平面圖，該ESD裝置55在圖9及圖10的描述中解釋。在此可供 選擇的實施方式中，所形成的區(qū)域44與導(dǎo)體95相交。區(qū)域44具有 在區(qū)域44內(nèi)部的開口以便區(qū)域44不與區(qū)域42相交，還具有在區(qū)域 44內(nèi)部的另一開口以便區(qū)域44不與區(qū)域48相交。區(qū)域44的外周通 常延伸至與槽35相交。區(qū)域44的各個內(nèi)部開口的周邊與導(dǎo)體95相 交以便使區(qū)域44將所有導(dǎo)體95電連接在一起，優(yōu)選在層33的表面 或表面附近將其連接在一起，從而進一步降低電阻系數(shù)。區(qū)域44之 內(nèi)部開口的周邊與區(qū)域42及48每個的距離應(yīng)與距離96相同。使用
電連接在一起也可用于圖2-圖3中所示出的實施方式以及圖6中所示 出的實施方式中。
由上述所有可知，明顯公開了一種新型裝置及方法。在其它特征 中，包括具有低阻傳導(dǎo)路徑的ESD裝置，該低阻傳導(dǎo)路徑最小侈ESD 裝置的鉗位電壓。由于該ESD裝置具有高摻雜的P-型村底以及在襯 底上的低摻雜N-型層，所以該ESD裝置具有低電容。添加了低阻傳 導(dǎo)路徑以降低將試圖流穿低摻雜N-型層的電流的電阻。低阻傳導(dǎo)路徑 降低了電阻及相關(guān)鉗位電壓而不增加ESD裝置的電容。
盡管以具體優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明，但是很明顯一些替換及 改變對于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。舉例而言，所有 摻雜類型可以相反。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解若保留槽35則可移除 槽37及39，且若保留槽37及39則可省去槽35，且裝置10將具有 功能且具有低鉗位電壓且具有低電容。盡管本文將裝置描述為形成于 硅襯底上，但是所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解可使用其它半導(dǎo)體材料，包括砷化鎵、碳化硅、氮化鎵、以及其它半導(dǎo)體材料。此外詞語"連接" 在全文中使用以闡述本發(fā)明，然而，其意欲具有與詞語"偶聯(lián)"相同的 意義。因此，"連接"應(yīng)解釋為包括直接連接或間接連接的任一種。
權(quán)利要求
1.一種低鉗位電壓ESD裝置，該裝置包括具有第一摻雜濃度的第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有第一及第二表面；第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層，該第一半導(dǎo)體層在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面上，該第一半導(dǎo)體層具有第二摻雜濃度且具有與所述半導(dǎo)體襯底的第一表面相反的第一表面；第二導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域，該第一半導(dǎo)體區(qū)域設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層的第一部分與所述半導(dǎo)體襯底的第一表面之間，該第一半導(dǎo)體區(qū)域具有第一厚度及大于所述第二摻雜濃度的第三摻雜濃度，其中該第一半導(dǎo)體區(qū)域與半導(dǎo)體襯底的摻雜物形成齊納二極管；具有所述第一導(dǎo)電類型和大于所述第二摻雜濃度的第四摻雜濃度的第二半導(dǎo)體區(qū)域，該第二半導(dǎo)體區(qū)域在所述第一半導(dǎo)體層的第一表面上形成并且覆蓋所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的第一部分，其中該第二半導(dǎo)體區(qū)域與所述第一半導(dǎo)體層形成第一P-N二極管；以及第一導(dǎo)體，該第一導(dǎo)體自所述第一半導(dǎo)體層的第一表面延伸穿過所述第一半導(dǎo)體層并與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域相交，該第一導(dǎo)體鄰近所述第二半導(dǎo)體區(qū)域并與其相隔第一距離，其中該第一距離不大于所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的第一厚度，其中該第一導(dǎo)體形成用于自所述第一P-N二極管流至所述齊納二極管的電流的傳導(dǎo)路徑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ESD裝置，其中所述ESD裝置缺乏 設(shè)置在所述第一 P-N 二極管與所述第一半導(dǎo)體區(qū)域之間的第一導(dǎo)電 類型的摻雜區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ESD裝置，其中所述第一摻雜濃度不 低于約lxl019個原子/cm3,且所述第二摻雜濃度不高于約lxl017個 原子/cm3。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ESD裝置，其中所述第一導(dǎo)體包含摻 雜濃度大于所述第二摻雜濃度的第二導(dǎo)電類型的多個導(dǎo)體，所述多個 導(dǎo)體具有臨近所述第二半導(dǎo)體區(qū)域并與其相隔所述第一距離的近端， 所述多個導(dǎo)體的一部分遠離所述第二半導(dǎo)體區(qū)域橫向延伸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的ESD裝置，該裝置進一步包含形成為第一閉合多邊形的第一阻斷結(jié)構(gòu)，該第一閉合多邊形具有環(huán)繞所述第 二半導(dǎo)體區(qū)域與所述第一導(dǎo)體的周邊，所述第一阻斷結(jié)構(gòu)自所述第一半導(dǎo)體層的第一表面延伸穿過所述第一半導(dǎo)體區(qū)域；以及第一導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域，該第三半導(dǎo)體區(qū)域形成于所述 第一半導(dǎo)體層內(nèi)并在所述第一閉合多邊形外部，該第三半導(dǎo)體區(qū)域形成第二 P-N 二極管。
6. —種形成ESD裝置的方法，該方法包括 提供第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有第一摻雜濃度；在該半導(dǎo)體襯底上形成具有第二導(dǎo)電類型且具有第一厚度及第二摻雜濃度的第:r半導(dǎo)體層；在所述第一半導(dǎo)體層的表面上形成第一導(dǎo)電類型的第一摻雜區(qū) 域作為第一P-N二極管，其包含形成具有大于所述第二摻雜濃度的第 三摻雜濃度的第一摻雜區(qū)域；在所述第一半導(dǎo)體層與所述半導(dǎo)體村底的界面附近形成齊納二 極管，其中該齊納二極管的一部分位于所述第一P-N二極管之下；以及穿過所述第一半導(dǎo)體層形成第一導(dǎo)體，以自所述第一 P-N 二極 管傳導(dǎo)電流至所述齊納二極管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中形成所述笫一導(dǎo)體包括形成與第一摻雜區(qū)域隔開第一距離的第一導(dǎo)體，包括形成不大于所述第一厚度的第一距離和形成約7微米的第一厚度及形成小于7微米的第 一距離。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，該方法進一步包含形成自所述 第一半導(dǎo)體層延伸并穿過所述第一半導(dǎo)體層的第二導(dǎo)體，其中該第二導(dǎo)體形成環(huán)繞所述笫一 P-N 二極管與所述第 一導(dǎo)體的多聯(lián)通域。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，該方法進一步包含將所述第一 導(dǎo)體延伸與所述第二導(dǎo)體相交。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中在所述半導(dǎo)體襯底上形成 所述第一半導(dǎo)體層包含形成不高于約lxl0"個原子/cm3的第二摻雜濃 度，形成不低于約lxlO"個原子/ci^的第一摻雜濃度以及形成具有大 于2微米的厚度的第一半導(dǎo)體層。
全文摘要
本發(fā)明涉及低鉗位電壓ESD裝置及其方法。在一個實施方式中，將ESD裝置構(gòu)造成包含齊納二極管及P-N二極管并構(gòu)造成具有導(dǎo)體，該導(dǎo)體在齊納二極管與P-N二極管之間提供電流路徑。
文檔編號H01L27/082GK101626020SQ20091014024
公開日2010年1月13日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日
發(fā)明者A·薩利赫, D·D·馬里羅, S·C·沙斯特瑞, 劉明焦, 小J·M·帕西 申請人:半導(dǎo)體元件工業(yè)有限責(zé)任公司