專利名稱：用于保護不受靜電放電傷害的半導(dǎo)體器件和集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電子器件，并且具體而言涉及旨在用于保護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。用于保護的第一途徑包括使用與觸發(fā)裝置相關(guān)聯(lián)的單個保護電路，例如大尺寸三端雙向可控硅開關(guān)元件。然而，盡管這種電路對于吸收強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保護電路，每個ESD保護電路與觸發(fā)電路相關(guān)聯(lián)。這種保護裝置此時在存在弱ESD放電的情況下是高效的，但是在存在強ESD脈沖的情況下并不有效，這是由于觸發(fā)單個保護電路并不保證觸發(fā)其他保護電路。在公開號為2246885A1的歐洲專利申請中描述了 ESD保護結(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)三端雙向可控硅開關(guān)元件的三元組的方式布置成環(huán)形矩陣。由于對于三元組的所有三端雙向可控硅開關(guān)元件而言，陽極-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事件期間在待保護的接觸或者部件的端子處產(chǎn)生過電壓峰值。

實用新型內(nèi)容根據(jù)一個實施例，提出了一種用于保護不受靜電放電傷害的器件，其使得可以對弱ESD放電高效，并且使得可以對大ESD快速放電，同時降低在ESD事件期間出現(xiàn)死區(qū)的風(fēng)險。根據(jù)一個方面，提出了一種保護不受靜電放電傷害的半導(dǎo)體器件，其包括用于保護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，所述模塊通過電阻性網(wǎng)絡(luò)的介入連接在兩個端子之間。根據(jù)本方面的一個一般特征，該器件包括與所有模塊接觸的共同半導(dǎo)體層，每個可觸發(fā)元件具有至少一個柵極，每個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)元件的柵極的單個觸發(fā)電路。ESD保護模塊的尺寸確定按照使該模塊在ESD事件期間達到飽和的方式執(zhí)行。一旦飽和，則大于飽和電流的電流穿過該模塊，并且該模塊將過量電流擴散到共同半導(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，所以模塊中的一個模塊一被觸發(fā)，這一過量電流就促成對所述模塊的最鄰近的一個或者多個模塊的觸發(fā)。換言之，飽和電流逐步由所有模塊共享，并且每個飽和的模塊通過多米諾效應(yīng)促成觸發(fā)其最近的一個或者多個鄰居，從而極大降低出現(xiàn)死區(qū)的風(fēng)險。這因此使得可以具有對保護模塊的非?？焖俚挠|發(fā)，并且能夠吸收強的靜電放電，同時避免擊穿也可以具有小尺寸的單個保護模塊。保護模塊的結(jié)構(gòu)可以非常多樣。因此，每個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。優(yōu)選地，所述三端雙向可控硅開關(guān)元件具有單個柵極，并且包括形成所述三端雙向可控硅開關(guān)元件的柵極的、具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體塊，以及布置在所述第一塊的兩側(cè)上的、具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的兩個第二半導(dǎo)體塊，并且所 述共同半導(dǎo)體層是與所有所述三端雙向可控硅開關(guān)元件的所述第一塊和所述第二塊接觸的掩埋層。優(yōu)選地，每個模塊具有同心結(jié)構(gòu)，所述同心結(jié)構(gòu)包括具有相反導(dǎo)電類型的兩個塊，并且所述共同半導(dǎo)體層是與所有所述模塊的所述兩個塊接觸的掩埋層。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器件。

在檢視絕不以任何方式限制的實施例的詳細描述和所附附圖之后，本實用新型的其他特征和優(yōu)點將變得明顯，在附圖中圖I至圖9是根據(jù)本實用新型的器件的不同實施例的示意性圖示。
具體實施方式
在圖I中，標記DIS指示形成用于保護電子部件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。通過指示，當部件CMP起作用時，端子BP可以連接到正電壓VP，而端子BN可以連接到負電壓VN或者零電壓(接地)。當部件CMP不起作用時，其可以經(jīng)歷靜電放電，這通常導(dǎo)致可以達到若干安培的簡短的電流脈沖。因此，該電流脈沖穿過器件DIS而不穿過待保護的部件CMP是適當?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，或者分別連接到集成電路的輸入/輸出接觸和電源軌線是適當?shù)?。如圖2中所示，器件DIS包括用于保護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關(guān)元件，其耦合到觸發(fā)裝置，該觸發(fā)裝置包括對所有可觸發(fā)元件而言共同的單個觸發(fā)電路TC。模塊MDi通過電阻性網(wǎng)絡(luò)R的介入連接在器件DIS的兩個端子BN與BP之間。[0029]如以下將更詳細地見到的，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。每個模塊MDi自身形成ESD保護模塊。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)期間達到飽和。HBM(人體模型)測試對應(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)的這種類型的放電進行仿真，該電路連接到被測試部件。電容器繼而被充電到幾千伏特左右的電壓。對應(yīng)的ESD脈沖對應(yīng)于其平均持續(xù)時間為30納秒，而電流峰值依賴于預(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(機器模型)或者CDM(帶電器件模型)模型。麗模型對應(yīng)于將通過機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，并且使得可以對帶電部件進行仿真，該帶電部件通過與例如接地平面接觸的至少一個其管腳放電。這種ESD放電繼而采取在極短時段(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，對于2k伏特HBM而言為I. 33安培)和電流通過其傳遞的材料(例如硅)的飽和電流的值Jsat時怎樣確定模塊MDi的尺寸，從而使得其在存在ESD事件的情況下達到飽和。該飽和電流依賴于許多參數(shù)，諸如摻雜、溫度和拓撲等。一般而言，該飽和電流的值通過使用公知的仿真模型的仿真來獲得。考慮到電流Imax等于飽和電流Jsat與模塊的電極的面積S的乘積的事實，繼而變得容易確定模塊的電極的尺寸，從而使得當Imax大于乘積Jsat. S時,其進入飽和狀態(tài)，以便獲得將被擴散在共同半導(dǎo)體層中且將促成對所述模塊MDi的最近的一個或者多個鄰居的觸發(fā)的過量電流。在圖2中示出的示例中，如上所述，每個模塊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關(guān)元件TRi的柵極GHi，而三端雙向可控硅開關(guān)元件的兩個電極Al和A2通過電阻性網(wǎng)絡(luò)的兩個電阻器R的介入連接到相鄰的三端雙向可控娃開關(guān)兀件的電極Al和A2。任何已知的觸發(fā)電路都是適當?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關(guān)元件的柵極GHi。盡管可以使用任何類型的三端雙向可控硅開關(guān)元件，但是特別地，出于尺寸的原因，使用具有為在圖4中示出的類型的具有單個柵極的三端雙向可控硅開關(guān)元件尤其有利。更精確地，在該示例中，具有單個柵極GHi的三端雙向可控硅開關(guān)元件TRi包括具有第一導(dǎo)電類型(例如為N型導(dǎo)電)的、形成三端雙向可控硅開關(guān)元件的柵極GHi的第一半導(dǎo)體塊CSli，以及具有與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型(在該情況中為P型導(dǎo)電)的兩個第二半導(dǎo)體塊CS20i和CS21i。這兩個塊CS20i和CS21i被布置在第一塊的兩側(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關(guān)元件TRi的電極Ali。類似地，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關(guān)元件TRi的第二電極A2i。P+區(qū)和N+區(qū)通過為STI (淺溝槽隔離)類型的隔離溝槽TIS與第一塊隔離。類似地，隔離溝槽TIS朝向外部橫向地隔離三端雙向可控硅開關(guān)元件TRi的N+區(qū)和P+區(qū)。 相互面對并且由塊隔開的區(qū)(N+、P+)的每個配對與在下方的層P和N形成半-三端雙向可控硅開關(guān)元件(晶閘管)。此外，掩埋半導(dǎo)體層CSC(N摻雜并且通常稱為“Niso層”)與三端雙向可控硅開關(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包括六個模塊(六個三端雙向可控硅開關(guān)元件TRi)，而共同半導(dǎo)體層CSC與所有三端雙向可控硅開關(guān)元件接觸。此外，三端雙向可控硅開關(guān)元件TR1-TR6的柵極GH1-GH6通過敷金屬MTL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關(guān)元件的所有柵極均連接到單個觸發(fā)電路的輸出，也總是存在將首先觸發(fā)的一個三端雙向可控硅開關(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關(guān)元件將進入飽和，并且促成對其最近的一個或者多個鄰居的觸發(fā)。根據(jù)本實用新型的器件使得可以將觸發(fā)的速度和吸收強靜電放電的能力組合起來。此外，存在單個觸發(fā)電路TC和不需要在每個模塊之間具有保護環(huán)(由于所有模塊均通過共同半導(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THi可以由保護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，每個模塊具有同心結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)例如在歐洲專利申請?zhí)?290691中描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以參考該申請的信息。[0061]然而，參見圖8回想這種結(jié)構(gòu)的原理性特征。模塊MDi具有對稱軸AxC，并且包括具有相反的導(dǎo)電類型的兩個塊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的兩個塊接觸的掩埋層。模塊MDi還包括相互通過隔離區(qū)域TIS隔開并且與塊SCBi接觸的N+區(qū)域、P+區(qū)域和N+區(qū)域，以及也通過隔離區(qū)域TIS隔開并且與塊CSAi接觸的P+區(qū)域和N+區(qū)域。如圖8中以虛線示出的，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)。通過與在圖5中所述的進行類比，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)能夠為任何形式。在圖9中，已經(jīng)示出了三行和三列的矩陣，由此包括9個模塊MD1-MD9。這些模塊的柵極GH1-GH9均由敷金屬MTL連接到單個觸發(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)。本實用新型的器件特別地允許對集成電路的輸入/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，而與使用了什么技術(shù)無關(guān)。
權(quán)利要求1.一種用于保護不受靜電放電傷害的半導(dǎo)體器件，其包括用于保護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，所述模塊通過電阻性網(wǎng)絡(luò)的介入連接在兩個端子之間，其特征在于，所述器件包括與所有所述模塊接觸的共同半導(dǎo)體層， 每個可觸發(fā)元件具有至少一個柵極，每個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)裝置包括對所有所述可觸發(fā)元件而言共同并且其輸出連接到所有所述可觸發(fā)元件的所述柵極的單個觸發(fā)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其特征在于，每個模塊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關(guān)元件。
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關(guān)元件具有單個柵極，并且包括形成所述三端雙向可控硅開關(guān)元件的柵極的、具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體塊，以及布置在所述第一塊的兩側(cè)上的、具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的兩個第二半導(dǎo)體塊，并且所述共同半導(dǎo)體層是與所有所述三端雙向可控硅開關(guān)元件的所述第一塊和所述第二塊接觸的掩埋層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其特征在于，每個模塊包括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。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的器件，其特征在于，每個模塊具有同心結(jié)構(gòu)，所述同心結(jié)構(gòu)包括具有相反導(dǎo)電類型的兩個塊，并且所述共同半導(dǎo)體層是與所有所述模塊的所述兩個塊接觸的掩埋層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的器件，其特征在于，所述模塊被布置成矩陣網(wǎng)絡(luò)。
7.一種集成電路，其特征在于，其包括根據(jù)權(quán)利要求I至6中之一所述的至少一個器 件。
專利摘要本申請涉及一種用于保護不受靜電放電傷害的半導(dǎo)體器件以及一種集成電路。具體而言，公開了一種用于保護不受靜電放電傷害的半導(dǎo)體器件，其包括用于保護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)，所述模塊通過電阻性網(wǎng)絡(luò)(R)的介入連接在兩個端子之間。共同半導(dǎo)體層與所有模塊接觸，每個可觸發(fā)元件(TRi)具有至少一個柵極(GHi)，并且觸發(fā)裝置包括對所有可觸發(fā)元件而言共同并且其輸出連接到所有可觸發(fā)元件的柵極的單個觸發(fā)電路(TC)。
文檔編號H01L23/60GK202678313SQ20122022400
公開日2013年1月16日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者P·加利, J·希門尼斯 申請人:意法半導(dǎo)體有限公司