專(zhuān)利名稱(chēng)：用于保護(hù)不受靜電放電傷害的高性能器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子器件，并且具體而言涉及旨在用于保護(hù)部件不受靜電放電傷害的那些電子器件。
背景技術(shù)：
靜電放電(靜電放電ESD)例如導(dǎo)致在I納秒中的30安培電流峰值接著是在10納秒之上的10安培電流。用于保護(hù)的第一途徑包括使用與觸發(fā)裝置相關(guān)聯(lián)的單個(gè)保護(hù)電路，例如大尺寸三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件。然而，盡管這種電路對(duì)于吸收強(qiáng)ESD放電而言是高效的，但是在存在弱ESD放電的情況下在快速觸發(fā)方面并不有效。 第二途徑包括使用具有較小尺寸的若干ESD保護(hù)電路，每個(gè)ESD保護(hù)電路與觸發(fā)電路相關(guān)聯(lián)。這種保護(hù)裝置此時(shí)在存在弱ESD放電的情況下是高效的，但是在存在強(qiáng)ESD脈沖的情況下并不有效，這是由于觸發(fā)單個(gè)保護(hù)電路并不保證觸發(fā)其他保護(hù)電路。在公開(kāi)號(hào)為2246885A1的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)中描述了 ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)的示例。該結(jié)構(gòu)包括相同單元的集合，這些單元按照形成可觸發(fā)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件的三元組的方式布置成環(huán)形矩陣。由于對(duì)于三元組的所有三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件而言，陽(yáng)極-陰極距離并不同，因而這在效率方面可能受到限制。此外，在某些情況中，在若干三元組的連續(xù)觸發(fā)之間可能存在死區(qū)，這可能在ESD事件期間在待保護(hù)的接觸或者部件的端子處產(chǎn)生過(guò)電壓峰值。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提出了一種用于保護(hù)不受靜電放電傷害的器件，其使得可以對(duì)弱ESD放電高效，并且使得可以對(duì)大ESD快速放電，同時(shí)降低在ESD事件期間出現(xiàn)死區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)一個(gè)方面，提出了一種保護(hù)不受靜電放電傷害的半導(dǎo)體器件，其包括用于保護(hù)不受靜電放電傷害的若干模塊，所述模塊包括與觸發(fā)裝置耦合的可觸發(fā)元件，所述模塊通過(guò)電阻性網(wǎng)絡(luò)的介入連接在兩個(gè)端子之間。根據(jù)本方面的一個(gè)一般特征，該器件包括與所有模塊接觸的共同半導(dǎo)體層，每個(gè)可觸發(fā)元件具有至少一個(gè)柵極，每個(gè)模塊的尺寸被確定以便在存在所述靜電放電的情況下處于飽和狀態(tài)中，觸發(fā)裝置包括對(duì)所有可觸發(fā)元件而言共同并且其輸出連接到所有可觸發(fā)元件的柵極的單個(gè)觸發(fā)電路。ESD保護(hù)模塊的尺寸確定按照使該模塊在ESD事件期間達(dá)到飽和的方式執(zhí)行。一旦飽和，則大于飽和電流的電流穿過(guò)該模塊，并且該模塊將過(guò)量電流擴(kuò)散到共同半導(dǎo)體層中。此外，由于存在與所有模塊接觸的這一共同半導(dǎo)體層，所以模塊中的一個(gè)模塊一被觸發(fā)，這一過(guò)量電流就促成對(duì)所述模塊的最鄰近的一個(gè)或者多個(gè)模塊的觸發(fā)。換言之，飽和電流逐步由所有模塊共享，并且每個(gè)飽和的模塊通過(guò)多米諾效應(yīng)促成觸發(fā)其最近的一個(gè)或者多個(gè)鄰居，從而極大降低出現(xiàn)死區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)。這因此使得可以具有對(duì)保護(hù)模塊的非?？焖俚挠|發(fā)，并且能夠吸收強(qiáng)的靜電放電，同時(shí)避免擊穿也可以具有小尺寸的單個(gè)保護(hù)模塊。保護(hù)模塊的結(jié)構(gòu)可以非常多樣。因此，每個(gè)模塊可以包括形成所述模塊的所述可觸發(fā)元件的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件，或者也可以包括例如形成所述模塊的所述可觸發(fā)元件的晶閘管以及與所述晶閘管的端子反平行連接的二極管。該模塊可以被布置成矩陣網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)另一方面，提出了一種集成電路，其包括諸如以上限定的至少一個(gè)器件。


在檢視絕不以任何方式限制的實(shí)施例的詳細(xì)描述和所附附圖之后，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，在附圖中圖I至圖9是根據(jù)本發(fā)明的器件的不同實(shí)施例的示意性圖示。
具體實(shí)施例方式在圖I中，標(biāo)記DIS指示形成用于保護(hù)電子部件CMP不受靜電放電(靜電放電ESD)傷害的器件。部件CMP連接到器件DIS的第一端子BP以及第二端子BN。該組件可以是集成電路的一部分。通過(guò)指示，當(dāng)部件CMP起作用時(shí)，端子BP可以連接到正電壓VP，而端子BN可以連接到負(fù)電壓VN或者零電壓(接地)。當(dāng)部件CMP不起作用時(shí)，其可以經(jīng)歷靜電放電，這通常導(dǎo)致可以達(dá)到若干安培的簡(jiǎn)短的電流脈沖。因此，該電流脈沖穿過(guò)器件DIS而不穿過(guò)待保護(hù)的部件CMP是適當(dāng)?shù)?。器件DIS因此旨在吸收這一電流脈沖，并且避免在部件CMP的端子處的過(guò)電壓。注意到器件的端子BP和BN也可以分別例如連接到印刷電路的輸入/輸出接觸和接地軌線(xiàn)，或者分別連接到集成電路的輸入/輸出接觸和電源軌線(xiàn)是適當(dāng)?shù)摹Ｈ鐖D2中所示，器件DIS包括用于保護(hù)不受靜電放電傷害的若干模塊MDi。這些模塊MDi包括可觸發(fā)元件，例如圖2中的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件，其耦合到觸發(fā)裝置，該觸發(fā)裝置包括對(duì)所有可觸發(fā)元件而言共同的單個(gè)觸發(fā)電路TC。模塊MDi通過(guò)電阻性網(wǎng)絡(luò)R的介入連接在器件DIS的兩個(gè)端子BN與BP之間。如以下將更詳細(xì)地見(jiàn)到的，器件DIS包括與所有模塊接觸的共同半導(dǎo)體層，并且觸發(fā)電路TC的輸出連接到所有可觸發(fā)元件的柵極。每個(gè)模塊MDi自身形成ESD保護(hù)模塊。此外，模塊的尺寸被確定成使得其在具有選定閾值的ESD事件(例如，2k伏特HBM)期間達(dá)到飽和。HBM(人體模型)測(cè)試對(duì)應(yīng)于由人員利用他/她的指尖觸摸連接到接地的部件而生成的放電電流。該電子電路使得其可以對(duì)常規(guī)地包括與電阻器(通常值為1500歐姆)串聯(lián)的電容器(通常為100皮法)的這種類(lèi)型的放電進(jìn)行仿真，該電路連接到被測(cè)試部件。電容器繼而被充電到幾千伏特左右的電壓。對(duì)應(yīng)的ESD脈沖對(duì)應(yīng)于其平均持續(xù)時(shí)間為30納秒，而電流峰值依賴(lài)于預(yù)充電電壓的值而在I安培與3安培之間變化的電流脈沖。其他模型也是可能的，例如MM(機(jī)器模型)或者CDM(帶電器件模型)模型。麗模型對(duì)應(yīng)于將通過(guò)機(jī)器觸摸部件或者人員操縱金屬工具觸摸部件而產(chǎn)生的ESD放電。MM模型基本上與HBM模型相同，只是具有不同的電容值和電阻值。CDM模型與HBM模型和麗模型不同，并且使得可以對(duì)帶電部件進(jìn)行仿真，該帶電部件通過(guò)與例如接地平面接觸的至少一個(gè)其管腳放電。這種ESD放電繼而采取在極短時(shí)段(通常為I納秒)之上的高幅度(通常15安培)電流脈沖形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地知道在已知最大ESD電流的值Imax (例如，對(duì)于2k伏特 HBM而言為I. 33安培)和電流通過(guò)其傳遞的材料(例如硅)的飽和電流的值Jsat時(shí)怎樣確定模塊MDi的尺寸，從而使得其在存在ESD事件的情況下達(dá)到飽和。該飽和電流依賴(lài)于許多參數(shù)，諸如摻雜、溫度和拓?fù)涞?。一般而言，該飽和電流的值通過(guò)使用公知的仿真模型的仿真來(lái)獲得?？紤]到電流Imax等于飽和電流Jsat與模塊的電極的面積S的乘積的事實(shí)，繼而變得容易確定模塊的電極的尺寸，從而使得當(dāng)Imax大于乘積Jsat. S時(shí),其進(jìn)入飽和狀態(tài)，以便獲得將被擴(kuò)散在共同半導(dǎo)體層中且將促成對(duì)所述模塊MDi的最近的一個(gè)或者多個(gè)鄰居的觸發(fā)的過(guò)量電流。在圖2中示出的示例中，如上所述，每個(gè)模塊MDi包括形成所述模塊的所述可觸發(fā)元件的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件TRi。觸發(fā)電路TC的輸出連接到三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件TRi的柵極GHi，而三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件的兩個(gè)電極Al和A2通過(guò)電阻性網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)電阻器R的介入連接到相鄰的三端雙向可控娃開(kāi)關(guān)兀件的電極Al和A2。任何已知的觸發(fā)電路都是適當(dāng)?shù)?。例如，可以提及如在圖3中示出的晶體管TR，例如NMOS晶體管，該NMOS晶體管的柵極、源極及其襯底BK連接到器件的端子BN并且其漏極連接到端子BP。晶體管TR的漏極因此形成電路TC的輸出，其連接到三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件的柵極GHi。盡管可以使用任何類(lèi)型的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件，但是特別地，出于尺寸的原因，使用具有為在圖4中示出的類(lèi)型的具有單個(gè)柵極的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件尤其有利。更精確地，在該示例中，具有單個(gè)柵極GHi的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件TRi包括具有第一導(dǎo)電類(lèi)型(例如為N型導(dǎo)電)的、形成三端雙向可控娃開(kāi)關(guān)兀件的柵極GHi的第一半導(dǎo)體塊CSli，以及具有與第一導(dǎo)電類(lèi)型相反的第二導(dǎo)電類(lèi)型(在該情況中為P型導(dǎo)電)的兩個(gè)第二半導(dǎo)體塊CS20i和CS21i。這兩個(gè)塊CS20i和CS21i被布置在第一塊CSli的兩側(cè)。此外，相互接觸的N+摻雜區(qū)和P+摻雜區(qū)兩者均與塊CS20i接觸，并且形成三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件TRi的電極Ali。類(lèi)似地，相互接觸的P+摻雜區(qū)和N+摻雜區(qū)兩者均與第二塊CS21i接觸，并且形成三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件TRi的第二電極A2i。
P+區(qū)和N+區(qū)通過(guò)為STI (淺溝槽隔離)類(lèi)型的隔離溝槽TIS與第一塊CSli隔離。類(lèi)似地，隔離溝槽TIS朝向外部橫向地隔離三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件TRi的N+區(qū)和P+區(qū)。相互面對(duì)并且由塊CSli隔開(kāi)的區(qū)(N+、P+)的每個(gè)配對(duì)與在下方的層P和N形成半-三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件(晶閘管)。此外，掩埋半導(dǎo)體層CSC(N摻雜并且通常稱(chēng)為“Niso層”)與三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件TRi的第一塊和第二塊接觸，并且更一般地與所有三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件TRi的塊接觸。這在圖5中更精確地圖示，其中器件DIS包括六個(gè)模塊(六個(gè)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件TRi)，而共同半導(dǎo)體層CSC與所有三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件接觸。
此外，三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件TR1-TR6的柵極GH1-GH6通過(guò)敷金屬M(fèi)TL連接到觸發(fā)電路TC的輸出。由于存在共同半導(dǎo)體層CSC，因此飽和電流由所有模塊逐步共享。此外，即使所有三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件的所有柵極均連接到單個(gè)觸發(fā)電路的輸出，也總是存在將首先觸發(fā)的一個(gè)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件，一般而言是位于最靠近觸發(fā)電路TC的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件。此外，在該情況中，首先觸發(fā)的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件將進(jìn)入飽和，并且促成對(duì)其最近的一個(gè)或者多個(gè)鄰居的觸發(fā)。根據(jù)本發(fā)明的器件使得可以將觸發(fā)的速度和吸收強(qiáng)靜電放電的能力組合起來(lái)。此外，存在單個(gè)觸發(fā)電路TC和不需要在每個(gè)模塊之間具有保護(hù)環(huán)(由于所有模塊均通過(guò)共同半導(dǎo)體層接觸)允許減小在硅上的整體尺度。如上所述并且如圖6中所示，晶閘管TRi可以由保護(hù)不受靜電放電傷害的模塊MDi代替，并且能夠被結(jié)構(gòu)化成與在圖2中示出的不同。因此，如圖7中所示，每個(gè)模塊MDi可以包括形成所述模塊的所述可觸發(fā)元件的晶閘管THi和與所述晶閘管的端子反平行連接的二極管Di。更精確地，二極管Di的陰極N+形成模塊MDi的電極Ali，并且連接到晶閘管THi的P+層。此外，形成模塊MDi的另一電極A2i的、二極管Di的陽(yáng)極P+連接到晶閘管THi的
N+區(qū)。觸發(fā)電路TC的輸出連接到晶閘管THi的柵極GHi。在圖8中示出了這種模塊MDi的特別是在整體尺度的方面尤其有利的示例。在該圖中，每個(gè)模塊具有同心結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)例如在歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?290691中描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以參考該申請(qǐng)的信息。然而，參見(jiàn)圖8回想這種結(jié)構(gòu)的原理性特征。模塊MDi具有對(duì)稱(chēng)軸AxC，并且包括具有相反的導(dǎo)電類(lèi)型的兩個(gè)塊CSAi和CSBi。因此，例如塊CSAi具有N型導(dǎo)電，而塊CSBi具有P型導(dǎo)電。此處，半導(dǎo)體層CSC(Niso)同樣是與模塊MDi的兩個(gè)塊接觸并且更特別地與如圖9中示出的所有模塊MDi的兩個(gè)塊接觸的掩埋層。模塊MDi還包括相互通過(guò)隔離區(qū)域TIS隔開(kāi)并且與塊SCBi接觸的N+區(qū)域、P+區(qū)域和N+區(qū)域，以及也通過(guò)隔離區(qū)域TIS隔開(kāi)并且與塊CSAi接觸的P+區(qū)域和N+區(qū)域。
如圖8中以虛線(xiàn)示出的，該結(jié)構(gòu)使得可以形成晶閘管THi和二極管Di，晶閘管的柵極GHi由與塊CSAi接觸的N+區(qū)形成。此外，敷金屬按照形成模塊MDi的電極Ali和A2i的方式連接不同的P+區(qū)和N+區(qū)。通過(guò)與在圖5中所述的進(jìn)行類(lèi)比，模塊MDi也可以被布置成如圖9中示出的矩陣網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)槿魏涡问?。在圖9中，已經(jīng)示出了三行和三列的矩陣，由此包括9個(gè)模塊MD1-MD9。這些模塊的柵極GH1-GH9均由敷金屬M(fèi)TL連接到單個(gè)觸發(fā)電路TC的輸出。共同半導(dǎo)體層CSC與所有模塊MDi的塊接觸，從而按照與以上描述的類(lèi)似方式允許不同模塊的飽和電流的共享以及模塊的逐步觸發(fā)。本發(fā)明的器件特別地允許對(duì)集成電路的輸入/輸出和/或內(nèi)部核心不受快速低電 流ESD放電傷害和高電流ESD放電傷害的有效保護(hù)，而與使用了什么技術(shù)無(wú)關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種用于保護(hù)不受靜電放電傷害的半導(dǎo)體器件，其包括用于保護(hù)不受靜電放電傷害的若干模塊(MDi)，所述模塊包括與觸發(fā)裝置(TC)耦合的可觸發(fā)元件(TRi)，所述模塊通過(guò)電阻性網(wǎng)絡(luò)(R)的介入連接在兩個(gè)端子之間，其特征在于所述器件包括與所有所述模塊(MDi)接觸的共同半導(dǎo)體層(CSC)，每個(gè)可觸發(fā)元件(TRi、THi)具有至少一個(gè)柵極(GHi)，每個(gè)模塊的尺寸被確定以便在存在所述靜電放電的情況下處于飽和狀態(tài)中，所述觸發(fā)裝置(TC)包括對(duì)所有所述可觸發(fā)元件而言共同并且其輸出連接到所有所述可觸發(fā)元件的所述柵極(GHi)的單個(gè)觸發(fā)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其特征在于，每個(gè)模塊(MDi)包括形成所述模塊的所述可觸發(fā)元件的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件(TRi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其特征在于，所述三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件(TRi)具有單個(gè)柵極(GHi)，并且包括形成所述三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件的柵極(GHi)的、具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的第一半導(dǎo)體塊(CSli)，以及布置在所述第一塊(CSli)的兩側(cè)上的、具有與所述第一導(dǎo)電類(lèi)型相反的第二導(dǎo)電類(lèi)型的兩個(gè)第二半導(dǎo)體塊(CS20i、CS21i)，并且所述共同半導(dǎo)體層(CSC)是與所有所述三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件的所述第一塊和所述第二塊接觸的掩埋層(Niso)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其特征在于，每個(gè)模塊(MDi)包括形成所述模塊的所述可觸發(fā)元件的晶閘管(THi)以及與所述晶閘管的端子反平行連接的二極管(Di)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的器件，其特征在于，每個(gè)模塊(MDi)具有同心結(jié)構(gòu)，所述同心結(jié)構(gòu)包括具有相反導(dǎo)電類(lèi)型的兩個(gè)塊(CSAi、CSBi)，并且所述共同半導(dǎo)體層(CSC)是與所有所述模塊的所述兩個(gè)塊接觸的掩埋層(Niso)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的器件，其特征在于，所述模塊(MDi)被布置成矩陣網(wǎng)絡(luò)。
7.一種集成電路，其包括根據(jù)權(quán)利要求I至6中之一所述的至少一個(gè)器件。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及一種用于保護(hù)不受靜電放電傷害的高性能器件。具體而言，公開(kāi)了一種用于保護(hù)不受靜電放電傷害的半導(dǎo)體器件，其包括用于保護(hù)不受靜電放電傷害的若干模塊(MDi)，所述模塊包括與觸發(fā)裝置耦合的可觸發(fā)元件(TRi)，所述模塊通過(guò)電阻性網(wǎng)絡(luò)(R)的介入連接在兩個(gè)端子之間。共同半導(dǎo)體層與所有模塊接觸，每個(gè)可觸發(fā)元件(TRi)具有至少一個(gè)柵極(GHi)，并且觸發(fā)裝置包括對(duì)所有可觸發(fā)元件而言共同并且其輸出連接到所有可觸發(fā)元件的柵極的單個(gè)觸發(fā)電路(TC)。
文檔編號(hào)H01L27/02GK102779817SQ20121015384
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者J·希門(mén)尼斯, P·加利 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體有限公司