專利名稱：雙向硅控整流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種雙向硅控整流器(Dual-directional Silicon Controlled Rectifier，DSCR)，尤其是一種具有摻雜區(qū)域(doped region)的雙向硅控整流器。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進步，金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管 (Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, M0SFET)的尺寸亦日漸微小化，其尺寸已降至次微米(submicron meter)、甚至深次微米(de印submicron meter)等級。而隨此先進技術(shù)而日漸甚薄的柵極氧化層(gate oxide)，在此情況下，極可能在外加稍高電壓時，即產(chǎn)生損害。在面臨一般環(huán)境下的靜電電壓時，由于靜電電壓所夾帶的電壓值可以高達幾千甚至幾萬伏特，因此，在設(shè)計集成電路時，設(shè)計者必須考慮在靜電累積至一定量前，將其放電。在此條件之下，具有低導(dǎo)通電阻、低電容、低功率消耗以及高功率電流導(dǎo)出能力的硅控整流器(Silicon Controlled Rectifier, SCR)即是可用以達成靜電防護 (Electromagnetic interference, EMI)的一禾中有效組件。一般而言，雙向硅控整流器已成為正負電壓的1/0防護電路的市場主流。初期的硅控整流器，有直接制作于硅基板上者，其由于耐壓度低，因此應(yīng)用僅受限于一般的集成電路制程中?，F(xiàn)有亦有環(huán)型布局的硅控整流器，但其布局面積大、啟動速度因結(jié)構(gòu)過大而不如預(yù)期，亦不被廣泛地使用。是以，為了改善硅控整流器的啟動速度，遂有設(shè)計者通過改良其內(nèi)部的金氧半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，來降低其崩潰電壓，以調(diào)變硅控整流器的觸發(fā)電壓(trigger voltage)的做法。然而，值得注意的是，此種做法雖可快速啟動硅控整流器，但同時也使得集成電路的工作電壓受限。也就是說，集成電路的工作電壓會被限制在金氧半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中P+/N well (或是N+/ P well)間以及擊穿效應(yīng)(Pimchthrough)發(fā)生前被限制在崩潰電壓以下，而在輸入電壓高于工作電壓時，會有誤動作的情況發(fā)生，例如EIA/TIA-232-E規(guī)范輸入電壓為正負15伏特的情況下，極容易提早崩潰或擊穿，因此，無法適用于此類應(yīng)用的電路上。因此，如何設(shè)計出一種具有良好靜電防護之效，并且同時可用以承受高工作電壓的硅控整流器，即成為現(xiàn)今發(fā)展沿革上重要的研究方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上的問題，本發(fā)明在于提供一種雙向硅控整流器，以解決現(xiàn)有存在的問題。本發(fā)明提出一種雙向硅控整流器(Dual-directionalSilicon Controlled Rectifier, DSCR)，包括一基板、一埋入層、一第一井、第二井與第三井、一第一半導(dǎo)體區(qū)、 第二半導(dǎo)體區(qū)、第三半導(dǎo)體區(qū)與第四半導(dǎo)體區(qū)、以及一摻雜區(qū)域(doped region)。其中，基板系為第一導(dǎo)電型態(tài)。埋入層位于基板上，且為第二導(dǎo)電型態(tài)。第一井與第二井位于埋入層上，且皆為第一導(dǎo)電型態(tài)。第三井位于埋入層上，且于第一井與第二井之間，第三井系為第二導(dǎo)電型態(tài)。第一半導(dǎo)體區(qū)與第二半導(dǎo)體區(qū)，皆位于第一井內(nèi)；第三半導(dǎo)體區(qū)與第四半導(dǎo)體區(qū)，皆位于第二井內(nèi)。摻雜區(qū)域(doped region)，位于第一半導(dǎo)體區(qū)與第三半導(dǎo)體區(qū)之間，摻雜區(qū)域包括部分的第三井，且摻雜區(qū)域系為第二導(dǎo)電型態(tài)。根據(jù)本發(fā)明提出的雙向硅控整流器，其中摻雜區(qū)域更包括部分的第一井與第二井。根據(jù)本發(fā)明提出的雙向硅控整流器，其中第一導(dǎo)電型態(tài)與第二導(dǎo)電型態(tài)其中之一為N型，另一為P型。根據(jù)本發(fā)明提出的雙向硅控整流器，其中第一半導(dǎo)體區(qū)與第三半導(dǎo)體區(qū)系為第一導(dǎo)電型態(tài)時，第二半導(dǎo)體區(qū)與第四半導(dǎo)體區(qū)系為第二導(dǎo)電型態(tài)。根據(jù)本發(fā)明提出的雙向硅控整流器，其中第一半導(dǎo)體區(qū)與第三半導(dǎo)體區(qū)系為第二導(dǎo)電型態(tài)時，第二半導(dǎo)體區(qū)與第四半導(dǎo)體區(qū)系為第一導(dǎo)電型態(tài)。是以，根據(jù)本發(fā)明提出的雙向硅控整流器，系藉由第一半導(dǎo)體區(qū)與第三半導(dǎo)體區(qū)之間的摻雜區(qū)域，改變載子濃度或使用標準制程中不同載子濃度的半導(dǎo)體，以調(diào)節(jié)其接面 (junction)的崩潰電壓，令集成電路的工作電壓不再被限制于現(xiàn)有擊穿效應(yīng)或低崩潰點之前，大幅增加其應(yīng)用價值與產(chǎn)業(yè)利用性。以上有關(guān)于本發(fā)明的內(nèi)容說明，與以下的實施方式用以示范與解釋本發(fā)明的精神與原理，并且提供本發(fā)明的專利保護范圍更進一步的解釋。有關(guān)本發(fā)明的特征、實作與功效，現(xiàn)配合附圖作較佳實施例詳細說明如下。


圖IA為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的雙向硅控整流器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖IB為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的雙向硅控整流器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖IC為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的雙向硅控整流器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖ID為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的雙向硅控整流器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A為根據(jù)圖IA的雙向硅控整流器，其正向工作電壓-電流的示意圖；圖2B為根據(jù)圖IA的雙向硅控整流器，其負向工作電壓-電流的示意圖；圖3A為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的雙向硅控整流器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖;3B為根據(jù)本發(fā)明第六實施例的雙向硅控整流器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3C為根據(jù)本發(fā)明第七實施例的雙向硅控整流器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3D為根據(jù)本發(fā)明第八實施例的雙向硅控整流器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，附圖標記10 P型基板IOa N 型基板20 N型埋入層20a P型埋入層31 P 型第一井31a N 型第一井32 P 型第二井32a N 型第二井33 N型第三井
33aP型第三井34N型第四井34aP型第四井41N型第一半導(dǎo)體區(qū)41aP型第一半導(dǎo)體區(qū)42P型第二半導(dǎo)體區(qū)42aN型第二半導(dǎo)體區(qū)43N型第三半導(dǎo)體區(qū)43aP型第三半導(dǎo)體區(qū)44P型第四半導(dǎo)體區(qū)44aN型第四半導(dǎo)體區(qū)50N型摻雜區(qū)域50aP型摻雜區(qū)域1000雙向硅控整流器IOOOa雙向硅控整流器
具體實施例方式以下在實施方式中詳細敘述本發(fā)明的詳細特征以及優(yōu)點，其內(nèi)容足以使任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容并據(jù)以實施，且根據(jù)本說明書所公開的內(nèi)容、專利保護范圍及附圖，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員可輕易地理解本發(fā)明相關(guān)的目的及優(yōu)點。圖IA為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的雙向硅控整流器的結(jié)構(gòu)示意圖。雙向硅控整流器1000包括一 P型基板10，其上具有一 N型埋入層(N-buried layer，NBL) 20。N型埋入層20上包括有一 P型第一井31、P型第二井32與N型第三井33，其中N型第三井33配置于P型第一井31與P型第二井32之間。根據(jù)本發(fā)明的實施例，P型第一井31、N型埋入層20與P型基板10之間更具有一 N型第四井34。同樣地，N型第四井34亦可配置于P型第二井32、N型埋入層20與P型基板10之間。其中，N型第四井34可以是但不限于未摻雜的磊晶層(印itaxy)、抑或是任何具有N型的導(dǎo)電型區(qū)域，例如N型磊晶層或N型井區(qū)。P型第一井31內(nèi)包括一 N型第一半導(dǎo)體區(qū)41與一 P型第二半導(dǎo)體區(qū)42，其共同連接至一陽極。P型第二井32內(nèi)包括一 N型第三半導(dǎo)體區(qū)43與一 P型第四半導(dǎo)體區(qū)44， 其共同連接至一陰極。其中，半導(dǎo)體區(qū)連接至陽極與陰極的方式亦可以如圖IB所示，其將 N型第一半導(dǎo)體區(qū)41與P型第二半導(dǎo)體區(qū)42共同連接至陰極，而N型第三半導(dǎo)體區(qū)43與 P型第四半導(dǎo)體區(qū)44共同連接至陽極。如圖IA所示，N型摻雜區(qū)域(Doped region) 50配置于N型第一半導(dǎo)體區(qū)41與N 型第三半導(dǎo)體區(qū)43之間，N型摻雜區(qū)域50并且包括部分的P型第一井31、P型第二井32 與N型第三井33。于此，N型摻雜區(qū)域50在N型第一半導(dǎo)體區(qū)41、N型第三半導(dǎo)體區(qū)43、P 型第一井31與P型第二井32之間形成一摻雜濃度(Doped concentration)的N型區(qū)域。其中，圖IC為根據(jù)本發(fā)明又一實施例的雙向硅控整流器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，N型摻雜區(qū)域50可以設(shè)計為不連續(xù)的布植(implant)區(qū)域。又圖ID為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的雙向硅控整流器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，其中N型摻雜區(qū)域50亦可選擇性地僅包括部分的N型第三井33，而以上各實施方式皆可以同樣用以實現(xiàn)本發(fā)明的功效(以下詳述)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，由于N型摻雜區(qū)域50可用以將原先N型第一半導(dǎo)體區(qū)41 與P型第一井31之間的崩潰點有效延伸至P型第一井31與N型摻雜區(qū)域50的接面，并且同樣地將原先N型第三半導(dǎo)體區(qū)43與P型第二井32之間的崩潰點有效延伸至P型第二井 32與N型摻雜區(qū)域50的接面，雙向硅控整流器1000的耐壓藉此有效地被改變(即改變其崩潰電壓)。是以，根據(jù)本發(fā)明第一至第四實施例的雙向硅控整流器，在應(yīng)用于I/O電壓高于工作電壓時，仍可作為其維持整流與靜電防護的有效組件。圖2A與圖2B分別為根據(jù)圖IA的雙向硅控整流器，其正向工作電壓-電流與負向工作電壓-電流的示意圖，由圖2A與圖2B中可見，雙向硅控整流器1000的崩潰電壓已被有效提升至20伏特，因此，即便當(dāng)應(yīng)用于EIA/TIA-232-E規(guī)范輸入電壓為正負15伏特的情況下，雙向硅控整流器1000仍然適用而不至于誤動作，且可維持良好的低信號損失與高靜電防護力。本發(fā)明的第一至第四實施例(意即圖IA至圖1D)，其利用P型基板作為雙向硅控整流器一實施例的說明。其中，各個組件(包括埋入層、第一井至第三井、以及摻雜區(qū)域) 的導(dǎo)電型態(tài)皆根據(jù)P型基板的導(dǎo)電型態(tài)而定。舉例而言，雙向硅控整流器亦可用N型基板， 作為另一實施例的說明，圖3A即為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的雙向硅控整流器的結(jié)構(gòu)示意圖，其利用N型基板作為其基材。雙向硅控整流器1000a包括N型基板10a、P型埋入層20a、N型第一井31a、N型第二井32a、P型第三井33a、P型第四井3 與P型摻雜區(qū)域50a，其中N型第一井31a內(nèi)包括共同連接至陽極的P型第一半導(dǎo)體區(qū)41a與N型第二半導(dǎo)體區(qū)42a，N型第二井32a內(nèi)包括共同連接至陰極的P型第三半導(dǎo)體區(qū)43a與N型第四半導(dǎo)體區(qū)44a。其中，第一半導(dǎo)體區(qū)、第二半導(dǎo)體區(qū)、第三半導(dǎo)體區(qū)與第四半導(dǎo)體區(qū)的導(dǎo)電型態(tài)并非用以限定本發(fā)明的發(fā)明范圍。以本發(fā)明提出的實施例而言，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體區(qū)與第三半導(dǎo)體區(qū)因應(yīng)P型基板而為 N型半導(dǎo)體型時，第二半導(dǎo)體區(qū)與第四半導(dǎo)體區(qū)即為P型；而當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體區(qū)與第三半導(dǎo)體區(qū)因應(yīng)N型基板而為P型半導(dǎo)體型時，第二半導(dǎo)體區(qū)與第四半導(dǎo)體區(qū)即為N型，當(dāng)可根據(jù)實際的電路應(yīng)用狀況，設(shè)計其導(dǎo)電型態(tài)。其次，同本發(fā)明的第一實施例，雙向硅控整流器1000a連接至陽極、陰極的連接方式亦可互換，且P型摻雜區(qū)域50a亦可選擇性設(shè)置為不連續(xù)的布植(implant)區(qū)域，或者僅包括部分的P型第三井33a，其分別如圖;3B、圖3C與圖3D所示，亦可用以實現(xiàn)本發(fā)明的功效。是以，綜上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種雙向硅控整流器，以有效防止靜電對半導(dǎo)體組件可能造成的損傷，并維持其高靜電防護能力。本發(fā)明的另一目的，在于提供一種具有摻雜區(qū)域(Doped region)的雙向硅控整流器，以通過控制摻雜區(qū)域的載子濃度或使用標準制程中不同載子濃度的半導(dǎo)體，以有效調(diào)變集成電路的崩潰電壓，在I/O電壓遠高于工作電壓時，亦不會有誤動作的問題發(fā)生，藉此有效解決現(xiàn)有硅控整流器觸發(fā)電壓受限的問題。
權(quán)利要求
1.一種雙向硅控整流器，其特征在于，包括 一基板，為一第一導(dǎo)電型態(tài)；一埋入層，位于該基板上，且為一第二導(dǎo)電型態(tài)；一第一井與一第二井，位于該埋入層上，且皆為該第一導(dǎo)電型態(tài)；一第三井，位于該埋入層上，且于該第一井與該第二井之間，該第三井為該第二導(dǎo)電型態(tài)；一第一半導(dǎo)體區(qū)與一第二半導(dǎo)體區(qū)，位于該第一井內(nèi)； 一第三半導(dǎo)體區(qū)與一第四半導(dǎo)體區(qū)，位于該第二井內(nèi)；以及一摻雜區(qū)域，位于該第一半導(dǎo)體區(qū)與該第三半導(dǎo)體區(qū)之間，該摻雜區(qū)域包括部分的該第三井，且該摻雜區(qū)域為該第二導(dǎo)電型態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的雙向硅控整流器，其特征在于，該摻雜區(qū)域還包括部分的該第一井與該第二井。
3.如權(quán)利要求1所述的雙向硅控整流器，其特征在于，該第一導(dǎo)電型態(tài)為N型或P型其中之一，該第二導(dǎo)電型態(tài)為N型或P型其中之另一。
4.如權(quán)利要求1所述的雙向硅控整流器，其特征在于，該第一半導(dǎo)體區(qū)與該第二半導(dǎo)體區(qū)連接至一陽極，該第三半導(dǎo)體區(qū)與該第四半導(dǎo)體區(qū)連接至一陰極。
5.如權(quán)利要求1所述的雙向硅控整流器，其特征在于，該第一半導(dǎo)體區(qū)與該第二半導(dǎo)體區(qū)連接至一陰極，該第三半導(dǎo)體區(qū)與該第四半導(dǎo)體區(qū)連接至一陽極。
6.如權(quán)利要求1所述的雙向硅控整流器，其特征在于，還包括至少一第四井，連接于該第一井、該埋入層與該基板之間，該第四井為該第二導(dǎo)電型態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的雙向硅控整流器，其特征在于，該第四井為一磊晶層。
8.如權(quán)利要求1所述的雙向硅控整流器，其特征在于，還包括至少一第四井，連接于該第二井、該埋入層與該基板之間，該第四井為該第二導(dǎo)電型態(tài)。
9.如權(quán)利要求8所述的雙向硅控整流器，其特征在于，該第四井為一磊晶層。
10.如權(quán)利要求1所述的雙向硅控整流器，其特征在于，該第一半導(dǎo)體區(qū)與該第三半導(dǎo)體區(qū)為該第一導(dǎo)電型態(tài)或該第二導(dǎo)電型態(tài)其中之一，該第二半導(dǎo)體區(qū)與該第四半導(dǎo)體區(qū)為該第一導(dǎo)電型態(tài)或該第二導(dǎo)電型態(tài)其中之另一。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙向硅控整流器，包括第一導(dǎo)電型態(tài)的基板，位于基板上且呈第二導(dǎo)電型態(tài)的埋入層、位于埋入層上且呈第一導(dǎo)電型態(tài)的第一井與第二井、位于第一井與第二井之間且呈第二導(dǎo)電型態(tài)的第三井，與位于第一半導(dǎo)體區(qū)與第三半導(dǎo)體區(qū)之間且呈第二導(dǎo)電型態(tài)的摻雜區(qū)域。摻雜區(qū)域包括部分的第三井。此種雙向硅控整流器藉由改變半導(dǎo)體載子濃度或使用標準制程中不同載子濃度的半導(dǎo)體，調(diào)節(jié)其接面的崩潰電壓，可解決集成電路的I/O電壓遠高于工作電壓時，不會有誤動作的問題發(fā)生，并達成面積小與高靜電防護之效，藉此解決現(xiàn)有硅控整流器觸發(fā)電壓受限的問題。
文檔編號H01L29/06GK102468344SQ20101053215
公開日2012年5月23日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者王云強 申請人:精拓科技股份有限公司