專利名稱：Cmos技術(shù)中集成電路極性顛倒的保護(hù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在CMOS技術(shù)中，用于單片集成電路極性顛倒的保護(hù)措施，特別涉及用于CMOS器件本身。
防止電子線路元件保護(hù)(比如說電源接錯(cuò))非常重要，特別是在自動(dòng)化電子設(shè)備中，由于極性的顛倒，整個(gè)電路可能損壞，從而引起極大的破壞。
為了避免極性顛倒的后果，通常使用一個(gè)二極管。在CMOS電路中，這有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，因?yàn)橐粋€(gè)二極管只能通過“埋層技術(shù)”構(gòu)成。這樣，使得技術(shù)更加復(fù)雜，從而引起費(fèi)用上升，這是應(yīng)想盡一切辦法要避免的。
因此，本發(fā)明的目的是提供極性顛倒保護(hù)，在常規(guī)MOS技術(shù)下，不需附加技術(shù)，就能完成這種保護(hù)。
本極性顛倒保護(hù)裝置包括一種導(dǎo)電類型的基片，在基片的一個(gè)主要表面形成的另一導(dǎo)電類型的阱區(qū)，和在阱區(qū)中形成的基片導(dǎo)電類型的一個(gè)源極區(qū)及漏極區(qū)。通過一個(gè)低阻抗，源極區(qū)與正電源電壓相連，要被保護(hù)的電路的輸入端位于漏極區(qū)，在極性顛倒時(shí)，通過一個(gè)相同數(shù)值的電阻，阱區(qū)與電源相連，使得阱區(qū)電流被限制在一個(gè)最小值。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的下述描述和附圖，本發(fā)明將變得更清楚。圖中

圖1是依照本發(fā)明，用于一個(gè)p溝道CMOS晶體管的極性顛倒保護(hù)裝置的平面圖。
圖2是圖1中沿線A-A的剖面圖。
圖3給出了圖1裝置的等效電路圖。
圖1展示了p型摻雜的基片1，這種情況是MOS技術(shù)中被廣泛應(yīng)用的一種模式。n型阱區(qū)2形成在基片1的表面?；?和阱區(qū)2被覆蓋一絕緣層(沒在圖1中畫出)，這個(gè)絕緣層有用于底層活躍區(qū)的連接孔。在阱區(qū)2，漏極區(qū)3和源極區(qū)5以常規(guī)方式形成。位于兩區(qū)之間是例如多晶硅的柵極4。在遠(yuǎn)離柵極4的一方，源極區(qū)5之后是小分區(qū)51，它延伸到n+型阱區(qū)部分6。參照數(shù)字7、8、9和10，定義了在各個(gè)區(qū)的金屬連結(jié)。通過一個(gè)低阻抗，源極區(qū)5與正電源VDD相連，要被保護(hù)的電路的輸入es位于漏極區(qū)3。
圖2給出了圖1沿線A-A剖面結(jié)構(gòu)圖。
n型阱區(qū)2以常規(guī)方式在p型基片1中形成?；?，漏極區(qū)3，源極區(qū)5和在雜質(zhì)很重的阱區(qū)6的表面被一層絕緣層11(如二氧化硅)所覆蓋，但為漏極連接9，為源極連接8和作為電阻與分區(qū)51相連的連接7以及與電源VDD相連的阱區(qū)6留下開孔。柵極4位于柵極區(qū)二氧化層12上，它也被一層絕緣層11所覆蓋。
在圖3中的等效電路中，p溝道晶體管f1有它自己的連接在電源VDD和要保護(hù)的電路之間的源漏通路。位于電源VDD和地之間的是一個(gè)無(wú)源pnp晶體管pt，它是通過源極區(qū)5(集電極)，n型阱區(qū)2(基極)和基片1(發(fā)射極)構(gòu)成的?；鶚O(n型阱區(qū)2)和電源VDD之間的是電阻R。
在圖3中，通過虛線形式給出了更多的無(wú)源晶體管。
圖1到圖3所給出的p溝道CMOS晶體管位于一個(gè)n型阱區(qū)，這個(gè)阱區(qū)通常與正電源電壓相連。在極性顛倒過程中，朝著基片1的方向，n-型阱2形成一個(gè)正向偏壓的二極管，用以吸收一個(gè)大電流，以避免熱損壞的發(fā)生。由于在常規(guī)的操作中，只有一個(gè)很小的電流(＜1nA)反方向流過CMOS電路的n型阱區(qū)，這個(gè)阱區(qū)可以通過一個(gè)電阻與電源VDD相連。電阻應(yīng)該足夠大，以限制在極性顛倒過程中流經(jīng)阱區(qū)的電流。一個(gè)先決條件是，電源極區(qū)作為集電極，n-型阱區(qū)作為基極，底層作為發(fā)射極組成的無(wú)源pnp晶體管必須有一個(gè)足夠的小電流增益，并且電流的大小應(yīng)有電阻決定，而不是由晶體管的增益決定。如果電流的增益小于1(B＜1)，那么上述條件可以實(shí)現(xiàn)。這就要求包括附加電阻R區(qū)在內(nèi)的源極區(qū)的面積和n型阱區(qū)的面積之比應(yīng)小于0.5。
電阻R也可是在阱區(qū)中形成的被集成的一個(gè)合適尺寸的多晶體窄條。在這種特殊情況下，僅需考慮p型源極區(qū)的面積在所占比率。
平導(dǎo)體器件的另一個(gè)問題是靜電保護(hù)，這種靜電放電也可以損壞器件。ESD保護(hù)的器件也必須滿足上述要求。于是上述無(wú)源pnp晶體管則可作為一個(gè)ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)。決定四層器件接通電流的分流電阻必須具有一定數(shù)值，使得接通遠(yuǎn)在工作電流之上發(fā)生。
為了提供電壓保護(hù)，象齊納二極管，可控硅和門限可以由場(chǎng)氧化物(field-oxide)的厚度決定的場(chǎng)氧化物晶體管，這些過壓保護(hù)器件可以通過阱區(qū)6的連接7被連接起來。
本發(fā)明的最大優(yōu)點(diǎn)在于，它可以提供極性顛倒保護(hù)。并且因?yàn)閮煞N結(jié)構(gòu)基本上是固有的，所以在不需附加面積的情況，它具有抗靜電放電的保護(hù)結(jié)構(gòu)。
面積的節(jié)約非常重要。由于有可能通過一個(gè)電阻把兩個(gè)或更多的n型阱區(qū)與電源連接起來，所以面積有可能增長(zhǎng)。
為了保證一個(gè)穩(wěn)定的電源供應(yīng)，可以把p溝道晶體管的柵極與一個(gè)低于供電電源的穩(wěn)定電壓相連。也可以把p溝道晶體管的柵極與一個(gè)負(fù)電源相連。
權(quán)利要求
1.用于CMOS器件的一個(gè)極性顛倒保護(hù)裝置，包括-一種導(dǎo)電類型的基片(1)；-在基片的一個(gè)主要表面中形成的的另一導(dǎo)電類型的阱區(qū)(2)；-在阱區(qū)(2)形成的，基片導(dǎo)電類型的一個(gè)源極區(qū)(5)和一個(gè)漏極區(qū)(3)。其特征在于通過一個(gè)低阻抗，源極區(qū)(5)與正電源電壓(VDD)相連，要被保護(hù)的電路的輸入端位于漏極區(qū)(3)，在極性顛倒時(shí)，通過一個(gè)相同數(shù)值的電阻(R)，阱區(qū)(2)與電源(VDD)相連，則阱區(qū)電流被限制在一個(gè)最小值。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于基片(1)是p型摻雜的。
3.如權(quán)利要求2的所述的裝置，其特征在于電阻(R)為漏極區(qū)(3)的分區(qū)(51)，其中包括源區(qū)(5)和分區(qū)(51)的總電阻面積與阱區(qū)面積之比小于0.5。
4.如權(quán)利要求2中所述的裝置，其特征在于電阻(R)由多晶硅構(gòu)成的。
5.如權(quán)利要求4中所述的裝置，其特征在于兩個(gè)或更多的阱區(qū)(2)通過電阻(R)與電源(VDD)相連。
6.如上述任何一個(gè)權(quán)利要求中所述的裝置，其特征在于過壓保護(hù)器件是通過阱區(qū)(6)的連接區(qū)(7)被附加連接的。
全文摘要
本發(fā)明涉及在CMOS技術(shù)中，用于單片集成電路極性顛倒保護(hù)的措施。
文檔編號(hào)H01L21/822GK1109637SQ9411703
公開日1995年10月4日 申請(qǐng)日期1994年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月9日
發(fā)明者盧瑟·布勞斯非爾德 申請(qǐng)人:德國(guó)Itt工業(yè)股份有限公司