專利名稱：高保持電壓器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件。
背景技術：
可控硅整流器(SCR)是一種能夠在低工作電壓下傳導高電流的器件。將維持電流 的SCR兩端的電壓稱作保持電壓。SCR通常用于半導體中的靜電放電保護(ESD)。對于經典的SCR，保持電壓典型地是約I. 2V。當通過ESD事件觸發SCR時，SCR安全地傳導來自ESD事件的電流，保護所述半導體器件。當在利用大于I. 2V的電源電壓操作的系統中實現SCR時，SCR可能變成閉鎖。閉鎖的SCR在正常工作期間傳導電流，并且不只是在ESD事件期間作為保護器件。由此，SCR可能經常燒壞。為了解決閉鎖問題，使得可以在利用較高電源電壓操作的系統中實現SCR，可以通過添加與SCR串聯的二極管或者通過堆疊串聯的多個SCR來增加SCR的保持電壓。在高電壓(HV)應用中的這些解決方案的問題是需要太多的附加元件以達到電源電壓以上的保持電壓。二極管只可以將保持電壓增加O. 7V，實踐中將要求太多的二極管。同樣地，按照需要堆疊許多串聯的SCR也是不實用的。由于附加元件的個數，實現二極管或SCR所需要的面積太大。另外，由于來自許多附加器件的達林頓效應(Darlington effect)導致的泄露也將太聞。替代地，在HV技術中可以使用其他器件，例如齊納二極管、柵極接地η-型溝道金屬氧化物半導體(GGNMOS)和電阻性互補金屬氧化物半導體(RC-MOS)，然而這些器件也占用較大的面積并且表現出觸發問題。需要一種具有大于電源電壓的高保持電壓和高電流容量的新器件。
發明內容
一種高保持電壓(HV)靜電放電(ESD)保護電路，包括可控硅整流器(SCR)器件和位于SCR器件的陽極和陰極之間長度(LAC)內的補償區域，所述補償區域增加了 SCR器件的保持電壓。所述補償區域可以向SCR器件引入負反饋機制，這可以影響SCR的回路增益，并且使其在較高的保持電壓下達到再生反饋。
根據以下描述可以進行更詳盡的理解，以下描述作為示例給出并且結合附圖進行理解，其中
圖I示出了高保持電壓(HV)靜電放電(ESD)保護電路的第一實施例。圖2示出了圖I所示的HV ESD保護電路的第一實施例的頂視圖。圖3示出了在替代的阱中包括可控硅整流器(SCR)補償區域的HVESD保護電路的
第二實施例。圖4示出了包括用于SCR補償區域的替代布局的HV ESD保護電路的第三實施例的頂視圖。圖5示出了包括SCR陰極和補償區域的替代布局的HV ESD保護電路的第四實施例的頂視圖。
圖6示出了包括將補償區域延伸的低摻雜區域的HV ESD保護電路的第五實施例。圖7示出了包括具有低摻雜區域的補償區域的替代布局的HV ESD保護電路的第六實施例。圖8示出了 HV ESD保護電路的第七實施例，所述HV ESD保護電路包括將第一導電性的第一補償區域延伸的第一導電性的低摻雜區域和將第二導電性的第二補償區域延伸的第二導電性的第二低摻雜區域。圖9示出了包括在兩個補償區域下面延伸的低摻雜區域的HV ESD保護電路的第八實施例。圖10示出了 HV ESD保護電路的第九實施例，所述HV ESD保護電路包括具有第一導電類型的第一阱區的補償區域和具有第二導電類型的第二阱區的補償區域。圖11示出了包括多對補償區域的HV ESD保護電路的第十實施例。圖12示出了包括按照第一結構連接的多對補償區域的HV ESD保護電路的第十一實施例。圖13示出了包括按照第二結構連接的多對補償區域的HV ESD保護電路的第十二實施例。圖14示出了包括按照第三結構連接的多對補償區域的HV ESD保護電路的第十三實施例。圖15示出了包括用于促進負反饋的附加補償區域的HV ESD保護電路的第十四實施例。圖16示出了包括用于在第一位置中阻礙表面隔離的柵極的HV ESD保護電路的第十五實施例。圖17示出了包括用于在第二位置中阻礙表面隔離的柵極的HV ESD保護電路的第十六實施例。圖18示出了包括分離為兩個區域的第一補償區域的HV ESD保護電路的第十七實施例。圖19示出了包括分離為兩個區域的第二補償區域的HV ESD保護電路的第十八實施例。圖20示出了包括深阱/掩埋層結構的第一種實現的HV ESD保護電路的第十九實施例。圖21示出了包括深阱/掩埋層結構的第二種實現的HV ESD保護電路的第二十實施例。
圖22示出了包括將阱與深阱/掩埋層結構隔開的隔離區域的HVESD保護電路的第二 H實施例。圖23示出了包括用于影響補償區域操作的控制電路的HV ESD保護電路的第
二十二實施例。圖24示出了包括用于影響阱區的外部電路的HV ESD保護電路的第二十三實施例。圖25示出了包括外部觸發器的HV ESD保護電路的第二十四實施例。圖26示出了包括用于影響反向擊穿電壓的阱區的HV ESD保護電路的第二十五實施例。
圖27示出了包括用于調節反向擊穿電壓的柵極區的HV ESD保護電路的第二十六實施例。圖28示出了包括用于補償的附加SCR的HV ESD保護電路的第二十七實施例。圖29示出了包括第一兩指狀物配置的HV ESD保護電路的第二十八實施例。圖30示出了圖29所示的HV ESD保護電路的第二十八實施例的頂視圖。圖31示出了包括第二兩指狀物配置的HV ESD保護電路的第二十九實施例。圖32示出了圖31所示的HV ESD保護電路的第二十九實施例的頂視圖。
具體實施例方式這里描述的電路包括導電類型的多個阱，其中所述導電類型包括N型和P型。當下文中進行參考時，第一導電類型可以是與第二導電類型相反。例如，如果第一導電類型是N型，第二導電類型可以是P型。同樣地，如果第一導電類型是P型，第二導電類型可以是N型。在以下實施例中，可以利用任一種配置的導電類型來實現電路。附圖可以描述特定類型的雙極型晶體管，然而可以利用相反導電類型的區域實現附圖中所示的電路，其結果是相反類型的晶體管。在這種情況下，PNP雙極型晶體管將變成NPN雙極型晶體管，而NPN雙極型晶體管將變成PNP雙極型晶體管。在以下描述中，在多個附圖中的相應部件類似地使用共同的數字標示。通常，部件序號將以附圖序號開始。例如，圖I中所示的陽極區域101與圖5中所示的類似陽極區域501相對應。同樣地，在圖6中所示的由區域601、603和610形成的雙極型器件681與圖21中所示的由區域2101、2103和2110形成的類似雙極型器件2181相對應。在一些情況下，為了清楚地說明或者由于附圖的取向，在附圖中可能不會明確地示出雙極型晶體管。然而，應該理解的是，由附圖X中的區域x02、xl0和x20形成的雙極型器件x82可以與由附圖y中的區域y02、yio和y20形成的雙極型器件y82類似。本領域普通技術人員應該理解的是可以將區域視為用作多個功能。例如，阱區可以用作第一晶體管的發射極和可控硅整流器(SCR)的陽極。由此，在以下描述中依賴于其起到的作用情形來將相同的區域稱作不同的術語。作為示例，針對相同的區域，可能先看到描述發射極601，隨后看到描述陽極601。數字標示將提供對于正在考慮的區域的明確符號，同時前述描述應該在討論的情形下有利于描述的可讀性。圖I示出了高電壓(HV)靜電保護(ESD)電路100的第一實施例。HV ESD保護電路100包括區域101、104和105，其可以是第一導電類型的高摻雜的。區域102、103和106可以是第二導電類型的高摻雜的。阱區110可以是第一導電類型的，并且可以具有比區域
101、104和105更低的摻雜水平。阱區120可以是第二導電類型的，并且可以具有比區域
102、103和106更低的摻雜水平。高摻雜區101和103可以形成于阱區120中，并且高摻雜區102、104、105和106可以形成于阱區110中。高摻雜區101、102、103、104、105和106可以通過場氧化物、溝槽隔離或者等效的材料在芯片表面上分離。半導體芯片可以包括除了HVESD保護電路100之外的其他電路。區域101 (發射極)、110 (集電極)和120 (基極)可以形成第一雙極型器件181。區域102 (發射極)、110 (基極)和120 (集電極)可以形成第二雙極型器件182，所述第二雙極型器件182可以是與第一雙極型器件181相反類型的。雙極型器件181和182可以耦合以形成SCR器件。可以將區域101和102分別稱作SCR器件的陽極和陰極。可以將這兩個 區域之間的間隔稱作陽極-陰極間隔(LAC)。區域105和106可以形成于LAC中。區域105和106可以通過連接191耦合。連接191可以是金屬觸點、通孔、金屬線、電阻器、電容器、二極管、金屬氧化物半導體(MOS)器件、雙極型器件、控制電路、在區域105和106之間形成連接的任意其他電子元件或者元件的組合。區域102(發射極)、106(集電極)和110(基極)可以形成雙極型器件183。陽極101可以通過電阻性元件192與區域103耦合。同樣地，陰極102可以通過電阻性元件193與區域104耦合。區域110的阱電阻可以產生將區域105與區域104耦合的電阻性路徑。區域101是雙極型器件181的發射極。當將區域101和120之間的結正向偏置時，雙極型器件181開始將集電極電流注入到阱110中。該電流可以包括阱110中的多數載流子。可以通過區域104和電阻器193將所述電流抽取到陰極102。通過電阻器193的電流可以在電阻器193兩端產生電壓差，使得區域110和區域102之間的結可以變成正向偏置。區域102可以是兩個雙極型器件182和183的發射極。流過雙極型器件182的電流可以是阱120中的集電極電流的形式。可以通過電阻器192和區域103從陽極101抽取該電流。流過電阻器192的電流可以在電阻器兩端產生電壓差，所述電壓差可以將區域101和120之間的結正向偏置。電流的上述行為描述了正反饋回路。一旦將所述結正向偏置，例如通過外部觸發電流，正反饋可以保持SCR器件是激活的。如果反饋電流足夠高到保持所述結正向偏置，而無需注入連續的外部觸發電流，所述雙極型器件181和182之間的反饋可以是再生的。所述再生反饋可以保持SCR器件是激活的。當包括SCR在內的雙極型器件(在這種情況下是雙極型器件181和182)的正向增益的乘積大于或等于單位I時，SCR可以維持是再生的。將該乘積統稱為回路增益。如果回路增益大于或等于1，強制進入雙極型器件181或182的少量電流可以乘以雙極型器件的正向增益，并且注入到其他雙極型器件的基極。然后，可以將所述電流乘以其他雙極型器件的正向增益，并且注入到第一雙極型器件的基極。這種正反饋操作可以將雙極型器件驅動至飽和，其中所述電流不能再增加。對于典型的SCR器件，陽極和陰極兩端的保持電壓可以是I. 2V。雙極型晶體管的有效正向增益可以通過厄利效應(Early effect)依賴于集電極-發射極電壓，其中dIc/dVce = Ic/I Va I ,⑴
其中，Va是厄利電壓，I。是集電極電流，而diydVM是集電極電流變化與集電極-發射極電壓變化之比。由此，在陽極101和陰極102之間施加的電壓的增加可以增加回路增益，并且因此增加雙極型器件181和182之間的正反饋。增加的正反饋可以增加SCR的觸
發速度。通過增加圖I中的SCR的保持電壓，可以將區域105和106看作是SCR補償區域。如果在圖I的SCR的陽極101和陰極102之間不存在區域105和106，SCR可以表現出IV至2V的典型保持電壓。增加區域105和105可以通過從SCR器件轉移出電流向所述SCR器件引入負反饋機制。區域102可以用作雙極型器件183和雙極型器件182的發射極。區域110也可以用作雙極型器件182和183的基極。由此，當雙極型器件182傳導電流時，雙極型器件183也可以傳導電流。可以使得雙極型器件183比雙極型器件182更有效率，使得可以通過雙極型器件183而不是雙極型器件182來傳導相對更大部分的發射極電流。由此，雙極型器件182的更少的集電極電流對于正反饋有貢獻，其負補償SCR回路增益。
當雙極型器件183傳導電流時，可以將其集電極106處的電壓抽取至陰極102的電壓。同樣地，通過連接191，可以依賴于連接191的特性，將區域105的電壓抽取至集電極106的電壓。在圖I中，區域105的電壓可以類似于區域106的電壓。在雙極型晶體管181的集電極附近的區域中，區域105的電壓可以保持區域110的電壓為低。區域105的低電壓可以提供電流流至陰極102的替代路徑，而不是通過區域104或者雙極型器件182。區域110的較低局部電壓也可以使其對于區域110-102的結更加難以變成正向偏置。由此，可以減小雙極型器件181和182之間的SCR反饋機制的增益，可以將其看作是引入負反饋。為了增加SCR的正反饋以應對由區域105和106弓丨入的負反饋效應，可以增加SCR器件兩端的電壓，這可以增加雙極型器件的正向增益。一旦正反饋大到足以應對負反饋，使得SCR的回路增益大于或等于1，所述SCR可以是再生的。由此，由于區域105和106引入的負反饋，圖I中描述的SCR的保持電壓可以更高。將區域105和106設置在SCR器件的LAC內可以通過影響SCR器件的反饋周期以及補償SCR器件回路增益來改變SCR器件的特性。將區域105和106設置在SCR器件的陽極101和陰極102之間顯著地影響了 SCR器件的操作。可以將設置在陽極101和陰極102之間的阱110中的區域105和106看作是有效地位于雙極型器件182的基極內。雙極型器件183可以有效地從雙極型器件182的基極抽取少數載流子，其可以降低雙極型器件182的正向增益。由于由雙極型器件181注入到阱110中的電流以及由雙極型器件182注入到阱120中的電流的方向性，將區域105和106設置在如圖I所示的LAC內具有顯著的效果。總體上電流可以從陽極101朝著陰極102流動。因此，可以將區域105和106直接設置于這一電流路徑中，顯著地影響了 SCR器件的操作。將區域105和106設置于LAC外部將對于SCR器件的性能幾乎沒什么影響。設置在LAC內的區域105和106可以使得雙極型器件183相對于雙極型器件182更強。如果將區域105和106設置在LAC外部，183的集電極將不再位于雙極型器件182的基極中。由此，雙極型器件183可以對于SCR器件的正反饋周期具有降低的影響。另外，由于雙極型器件181注入的多數載流子從阱120的方向到達阱110和區域102之間的結，將少數載流子從區域102注入到阱110中可以主要沿阱120的方向發生。如果將區域105和106設置在LAC外部，雙極型器件182將優于雙極型器件183。
將區域105和106設置于LAC內使得能夠將區域105設置為緊鄰雙極型器件181的集電極結，這有助于最小化集電極和區域105之間的阱電阻。相反地，將區域105設置于LAC外部增加了雙極型器件181的區域105和集電極結之間的距離。雙極型器件181的集電極結將電流注入到阱110中。增加的距離可以導致雙極型器件181的集電極結和區域105之間增加的阱電阻，其可以導致在所述電阻兩端建立(build-up)較高電壓。建立較高電壓將允許阱110和區域102之間的結更加易于變成正向偏置。因此，將區域105和105設置于LAC外部，通過減小它們對于SCR器件的負反饋的貢獻而減小了它們的有效性。如果將區域105和106設置于LAC的外部，SCR的正反饋可以比區域105和106的負反饋影響相對更強。這種情況可以導致失控效應(runaway effect)。電流可能會優選陽極101和陰極102之間的直接路徑，而不是通過區域105和106的路徑，這可能會降低它們的影響。對于直接路徑的優選可以導致更加強烈的正反饋，進一步減小了區域105和106的影響。由此，將區域105和106設置于LAC內對于增加保持電壓是優選的。圖2示出了圖I所示的HV ESD保護電路100的實施例的頂視圖。盡管在圖2中 未示出，區域101、110和120可以形成雙極型器件181 ;區域102、110和120可以形成雙極型器件182 ;以及區域102、106和110可以形成雙極型器件183。區域101、102、103、以及104、110和120可以形成SCR器件。補償區域105和106可以引入負反饋效應，其可以增加SCR器件的保持電壓。區域101-106的寬度和長度可以對于每一個區域是不同的，與圖I和圖2所示的不同。圖3示出了 HV ESD保護電路300的實施例，其中可以將補償區域305和306設置于阱區320內。區域305可以是第二導電類型的高摻雜，而區域306可以是第一導電類型的高摻雜。區域301、306和320形成雙極型晶體管383，所述雙極型晶體管可以利用雙極型器件381來完成，并且可以減小雙極型器件381而不是雙極型器件382的有效正向增益，其與圖I所示的類似。應當理解，可以應用于區域310的各種實現也可以應用于區域320。區域310和320的摻雜水平可以影響最終的保持電壓。圖4示出了 HV ESD保護電路400的實施例的頂視圖，其中可以按照交錯的方式而不是如替代實施例中所示的平行方式實現補償區域405和406。所示的交錯布局可以通過度補償區域405和406的布局進行優化來增加面積效率。區域405和406也可以按照多種方式通過連接器元件相連，以適應具體需要的性能，并且實現區域之間所需的電壓關系。圖5示出了 HV ESD保護電路500的實施例的頂視圖，其中可以將區域502分段，并且可以將補償區域506延伸到502的段之間的空間。區域502和506的布局可以相對于雙極型晶體管582增加雙極型晶體管583的有效性，可以導致更高的保持電壓。盡管可以將區域502和506分段并且按照圖5所示的布局取向，應當理解，替代的布局是可能的，其對于SCR器件的特定需要行為是優選的。圖6示出了 HV ESD保護電路600的實施例，其中區域606可以被阱區636包圍。區域636可以是與區域606相同導電性的，但是具有比區域606更低的摻雜濃度。在一個實施例中，區域636至少接觸區域606，并且在另一個實施例中，區域636完全包圍區域606。如圖6所示，區域636可以將補償區域606進一步延伸到陽極601和陰極602之間的電流路徑中。區域636也可以通過增加其集電極606的結面積來增加雙極型器件683的有效性。在一個實施例中，區域636可以是比區域606更深地延伸到區域610中的低摻雜區。在另一個實施例中，區域636可以是與區域620相同的阱類型。在再一個實施例中，區域636可以是比區域606更深地延伸到區域610中的任意阱區，并且具有與區域606相同的導電性。應該理解的是可以將與阱區636類似類型的阱區添加至這里所述實施例的任一個，或者從中去除。圖7示出了 HV ESD保護電路700的實施例，與圖6所示實施例類似，其中交換補償區域705和706的位置，使得區域706更靠近陽極701，而區域705更靠近陰極702。區域736與圖6的區域636類似并且是與區域706相同導電類型的。區域736可以將區域706更深地延伸到區域710中。圖8示出了 HV ESD保護電路800的實施例，與圖6所示實施例類似，其中HV ESD保護電路800還包括區域835。區域835可以是與區域805相同導電類型的。在一個實施例中，區域835至少接觸區域805，并且在另一個實施例中，區域835完全包圍區域805。如圖8所示，區域835可以將區域805進一步延伸到陽極801和陰極802之間的電流路徑。在一個實施例中，區域835可以是比區域810更深地延伸到區域805中的低摻雜區。區域·805可以具有低電壓，而區域835可以將所述低電壓進一步延伸到區域810中，這可以引起將更大量的電流通過雙極型器件883而不是雙極型器件882轉移。圖9示出了 HV ESD保護電路900的實施例，與圖8所示的實施例類似，其中區域935可以延伸到區域905和906兩者下方。區域935可以是與區域905相同導電類型的。在該實施例中，可以不形成與圖8的區域836類似的低摻雜區。圖10示出了 HV ESD保護電路1000的實施例，包含與圖3和圖6所示實施例類似的特征，其中HV ESD保護電路1000可以包括補償區域1005和1006以及補償區域1007和1008兩者。區域1005、1006和1010可以形成第一補償雙極型器件，而區域1007、1008和1020可以形成第二補償雙極型器件。圖10示出了區域1036，所述區域1036可以是與區域1006相同導電性的，并且可以與圖6中區域636如何延伸區域606類似地延伸區域1006。包括區域1005、1006、1007和1008可以降低SCR器件的效率，這可以增加保持電壓。圖11示出了 HV ESD保護電路1100的實施例，與圖10所示的實施例類似，其中區域1105可以延伸到區域1106和1107兩者下方。區域1105和1107可以是第一導電類型的。區域1106和1108可以是第二導電類型的。區域1136和1138可以是第二導電類型的，并且分別延伸區域1106和1108。盡管圖11所示的實施例描述了兩個耦合的成對補償區域，可以將任意個數的耦合對補償區域設置于SCR器件的LAC內。添加耦合對可以增加SCR器件的保持電壓，同時增加SCR器件的面積消耗。圖12-14示出了 HV ESD保護電路的實施例，包括多個耦合對的補償區域的幾種可能變換(permutation)。應當理解，圖12-14所示的稱合對結構只是稱合對的連接和設置的多種可能變換的三種。以下三個示例并非意味著對于耦合對區域的潛在結構和布置的排除性列舉。圖12示出了 HV ESD保護電路1200的實施例，包括補償區域1205和1206，所述補償區域可以彼此相鄰并且可以通過連接元件1291耦合。補償區域1207和1208可以彼此相鄰，并且可以通過連接元件1294耦合。耦合對可以通過連接元件1295彼此耦合。圖13示出了 HV ESD保護電路1300的實施例，包括可以通過連接元件1391耦合的補償區域1305和1306以及可以通過連接元件1394耦合的補償區域1307和1308。在圖13所示的實施例中，可以將區域設置為使得區域1305位于耦合對1307和1308之間，而區域1308位于耦合對1305和1306之間。圖14示出了 HV ESD保護電路1400的實施例，包括可以通過連接元件1491耦合的補償區域1405和1406以及可以通過連接元件1494耦合的補償區域1407和1408。在圖14所示的實施例中，可以將區域1407和1408設置于區域1405和1406之間。圖15示出了 HV ESD保護電路1500的實施例，其中區域1507和1508可以與區域1506是相同導電類型的，并且可以設置在區域1506和區域1502之間。區域1507和1508可以通過連接元件1594耦合。在該實施例中，可以通過區域1502、1508和1510形成附加的雙極型晶體管。可以將區域1507看作是雙極型器件1583的發射極，其中在前述實施例中，通過區域1502類似地構建雙極型器件1583的發射極。所述附加的雙極型晶體管可以從區域1510抽取附加的高能少數載流子。可以將區域1508處收集的高能少數載流子減小為低能少數載流子，因為在更高電壓通過區域1507注入少數載流子。由于減小的動量，可以通過區域1506更加容易地收集所述低能載流子，這增加了雙極型器件1583的效率。由于LAC 內的額外區域1507和1508產生更長的基極長度，可以減小雙極型器件1582的有效性。盡管圖15描述了一對耦合區域1507和1508，可以將任意對的類似耦合區域設置于LAC內。圖16示出了 HV ESD保護電路1600的實施例，其中可以將柵極1694設置于補償區域1606和陰極1602之間。柵極1694可以阻礙在區域1602和1606之間局部的芯片表面隔離層，這可以增加雙極型器件1683的效率。替代地，可以設置特定的層(例如淺溝隔離(STI)塊)以防止在區域1602和1606之間形成隔離層。圖17示出了 HV ESD保護電路1700的實施例，其中可以將柵極1794設置于補償區域1705和1706之間。柵極1794可以阻礙在區域1705和1706之間局部的芯片表面隔離層，這可以改善區域1705和1706之間的連接。替代地，可以設置特定的層(例如淺溝隔離(STI)塊)以防止在區域1705和1706之間形成隔離層。圖18示出了 HV ESD保護電路1800的實施例，其中可以將補償區域1806分離為區域1806A和1806B。可以將補償區域1805設置于區域1806A和1806B之間。區域1805、1806A和1806B可以通過連接元件1891耦合在一起。應當理解，在LAC內的區域1805、1806A和1806B的各種其他相對設置是可能的。還應當理解，可以將區域1806分離為多于2個區域。圖19示出了HV ESD保護電路1900的實施例，其中可以將補償區域1905分離為區域1905A和1905B。可以將補償區域1906設置于區域1905A和1905B之間。區域1905A、1905B和1906可以通過連接元件1991耦合在一起。應當理解，在LAC內的區域1905A、1905B和1906的各種其他相對設置是可能的。還應當理解，可以將區域1905分離為多于2個區域。圖20示出了HV ESD保護電路2000的實施例，其中可以添加深或者掩埋層2021以隔離阱區2010。區域2010可以隔離為將其與芯片中的其他器件隔開，或者針對處理問題。區域2010可以是第一導電類型的，而區域2003、2020、2021、2022和2023可以是第二導電類型的。掩埋層2021可以將區域2003和區域2023電阻性地耦合。區域2003和2023可以安全地與相同的節點相連，而不會在SCR器件的操作中帶來任何顯著的干擾。圖21示出了 HV ESD保護電路2100的實施例，與圖20上所示的實施例類似，其中深阱區2121不能完全延伸到阱區2120或2122的下方。圖22示出了 HV ESD保護電路2200的實施例，與圖20和21所示的實施例類似，其中可以添加附加的區域2212以將阱區2220與掩埋層2221隔開。區域2210A、2210B和2212可以是第一導電類型的，而區域2220、2221、2222A和2222B可以是第二導電類型的。在該實施例中，可以將區域2201與區域2223A和2223B隔開。也可以通過區域2210A、2210B和2212將區域2220與區域2221、2222A和2222B隔離。區域2222A和2222B可以通過第二導電類型的單阱形成。區域2223A和2223B可以通過第二導電類型的單個環形區域形成。區域2210A和2210B可以通過第一導電類型的單阱形成。圖23示出了 HV ESD保護電路2300的實施例，其中控制電路2394和/或2395可以與補償區域2305和2306耦合。控制電路可以是以下的任一個電阻器、電容器、二極管、MOS器件、雙極型器件、這些元件的任意組合或者可以用于更改通過補償區域2306部分地 形成的雙極型器件2383行為的任意其他電子元件。控制電路可以改變雙極型器件2383的集電極的電阻，這影響了雙極型器件2383的操作，進而可以影響SCR器件的反饋。通過改變SCR器件的反饋，可以調節保持電壓。在ESD事件期間，可能需要低保持電壓以防止對于芯片的損壞以及減小功耗。諸如控制電路2394和2395之類的附加電路可以在已經通過ESD事件觸發SCR器件之后更改SCR器件的保持電壓。在一個實施例中，控制電路可以用作開關，用于在第一 ESD時間段期間將區域2305和2306去耦合，在第一 ESD事件中可以耗散最高的ESD能量。第一 ESD時間段的典型持續時間可以是在30ns-100ns之間。通過將補償區域2305和2306去耦合，HVESD保護電路2300可以表現出低保持電壓。在第一 ESD時間段之后，所述開關可以將區域2305和2306短接在一起，這可以增加通過補償區域2305和2306引入的負反饋。增加負反饋可以增加保持電壓，這可以避免正常芯片操作期間的閉鎖。盡管已經針對單個的補償區域對2305和2306描述了該實施例，應當理解，該技術可以應用于引入多種負反饋效應的多個補償區域。圖24示出了 HV ESD保護電路2400的實施例，包括外部電路2492和2493來代替圖6中類似所示的電阻器。應當理解，HV ESD保護電路的任意實施例(包括這里描述的任意實施例)，諸如圖I的電阻器192和193之類的外部電阻可以不是必要的。作為示例，夕卜部電路2492可以耦合在區域2401和2403之間，并且外部電路2493可以耦合在區域2402和2404之間。外部電路2492和2493可以分別控制阱區2420和2410的偏置。圖25示出了 HV ESD保護電路2500的實施例，包括外部觸發器2594-2598。外部觸發器可以是電阻器、電容器、二極管、MOS器件、雙極型器件或者用于接通SCR器件的任意電子部件或者部件的組合。可以存在觸發器2594-2598的任一個觸發器。同樣可以存在觸發器2594-2598的任意組合。如圖25所示，觸發器可以與區域2501、2502、2503、2504、2505或2506的任一個耦合。在ESD事件期間，觸發器可以將電流注入到區域(例如，構成SCR的雙極型器件的基極)中，這引起SCR的結正向偏置并且接通HV ESD保護電路2500。圖26示出了 HV ESD保護電路2600的實施例，與圖6類似，并且包括與區域2620相同導電類型的區域2609。替代地，區域2609可以是與區域2610相同導電類型的。如果區域2620中的電壓相對于區域2610增加達到區域2620和2610之間的結的反向擊穿電壓，則可以感應出電流，并且流過區域2603和2604，可以將其看作是SCR的觸發信號。然后，所感應的電流可以觸發SCR器件接通。區域2609可以降低區域2620和2610之間的結的反向擊穿電壓。可以將區域2609看作是用于調節觸發電壓的一種方式。圖27示出了 HV ESD保護電路2700的實施例，與圖26類似，包括設置于區域2709和2706之間的柵極2794。柵極2794可以阻礙在區域2709和2706之間局部的芯片表面隔離層，進而可以調節區域2720和2710之間的結的反向擊穿電壓。替代地，可以設置特定的層(例如淺溝隔離(STI)塊)以防止在區域2709和2706之間形成隔離層。圖28示出了 HV ESD保護電路2800的實施例，包括在SCR器件的LAC中的補償區域2805、2806和2807。區域2805、2807和2810可以是第一導電類型的，而區域2806和2802可以是第二導電類型的。區域2836可以是第二導電類型的低摻雜區域，并且在區域2806和2807下面延伸。第一雙極型器件可以由區域2836 (集電極)、區域2810 (基極)和區域2802(發射極)形成。第二雙極型器件可以由區域2807(發射極)、區域2836(基極)和區域2810(集電極)形成。當第一雙極型器件傳導電流時，可以從區域2806抽取所述電 流，這可以引起區域2836中的電壓降。所述電壓降可以引起區域2836和2807之間的結變成正向偏置。所述正向偏置的結可以引起第二雙極型器件導通，并且將電流注入到區域2810中。由此，第一雙極型器件和第二雙極型器件形成了附加的SCR。所述附加的SCR通過建立對于陰極2802的優選電流路徑降低了雙極型器件2882的效率，可以增加SCR器件的保持電壓。圖29示出了 HV ESD保護電路2900的實施例，包括多個指狀物配置。在圖29所示的實施例中，左半部分和右半部分每一個均構成了兩個指狀物配置的一個指狀物。區域2903可以是對于左半“A”指狀物和右半“B”指狀物公共的觸發器接頭(tap)。區域2920可以是與對于指狀物兩者公共的區域2903相同導電類型的低摻雜區域。盡管圖29示出了具有兩個指狀物的實施例，應當理解，具有任意個數指狀物的結構是可能的。圖30示出了圖29所示的HV ESD保護電路2900的實施例的頂視圖。可以將圖29中所示的補償區域2905實現為區域2920周圍的單個環形區域2905。可以將圖29所示的補償區域2906實現為區域2905周圍的單個環形區域2906。可以通過如圖30所示包圍環形區域2906，將在圖29中延伸區域2906的低摻雜區2936實現為區域2936。圖31示出了 HV ESD保護電路3100的實施例，包括多個指狀物配置。在圖31所示的實施例中，左半部分和右半部分每一個均構成了兩個指狀物配置的一個指狀物。區域3104可以是對于左半“A”指狀物和右半“B”指狀物公共的觸發器接頭。盡管圖31示出了具有兩個指狀物的實施例，應當理解，具有任意個數指狀物的結構是可能的。應當理解，圖31與圖29的不同之處在于圖31所示的實施例可以具有第一導電類型的中心阱，而圖29所示的實施例可以具有第二導電類型的中心阱。圖32示出了圖31所示的HV ESD保護電路3100的實施例的頂視圖。可以將圖31中所示的補償區域3106實現為區域3102A、3102B和3104周圍的單個環形區域3106。可以將圖31所示的補償區域3105實現為區域3105周圍的單個環形區域3106。可以通過如圖32所示包圍環形區域3106，將在圖31中延伸區域3106的低摻雜區3136實現為區域3136。可以將圖31所示的補償區域3103實現為單個環形區域3103。可以將圖31所示的補償區域3120實現為單個環形區域3120。盡管貫穿附圖1-32示出了區域和間距的具體尺寸，應當理解，其他尺寸的區域和間距也是可以的。盡管附圖通常按照單指狀物布局描述了 HV ESD保護電路，應當理解，也可以將附圖中所示的實施例實現為多指狀物布局 。
權利要求
1.一種靜電放電(ESD)保護電路，包括 第一導電類型的第一低摻雜阱； 第二導電類型的第二低摻雜阱； 在第一低摻雜阱中形成的第一導電類型的第一高摻雜區； 在第一低摻雜阱中形成的第二導電類型的第二高摻雜區； 在第二低摻雜阱中形成的第一導電類型的第三高摻雜區； 在第二低摻雜阱中形成的第二導電類型的第四高摻雜區； 在第二高摻雜區和第二低摻雜阱之間的第一低摻雜阱中形成的第一導電類型的第五高摻雜區； 在第二高摻雜區和第二低摻雜阱之間的第一低摻雜阱中形成的第二導電類型的第六高摻雜區；以及 觸發電路，用于在ESD事件期間接通所述ESD保護電路，其中所述觸發電路與第一高摻雜區、第二高摻雜區、第三高摻雜區、第四高摻雜區、第五高摻雜區或者第六高摻雜區的至少一個f禹合。
2.根據權利要求I所述的ESD保護電路，還包括 第一電阻器，耦合在第一高摻雜區和第二高摻雜區之間；以及 第二電阻器，耦合在第三高摻雜區和第四高摻雜區之間。
3.根據權利要求I所述的ESD保護電路，其中 第五高摻雜區與第六高摻雜區直接相連，并且沒有其他區域與第五高摻雜區和第六高摻雜區相連； 第二高摻雜區是所述ESD保護電路的陰極；以及 第三高摻雜區是所述ESD保護電路的陽極。
4.根據權利要求I所述的ESD保護電路，其中所述觸發電路包括以下至少之一 第一觸發電路，耦合在第四高摻雜區和第二高摻雜區之間； 第二觸發電路，耦合在第三高摻雜區和第一高摻雜區之間 第三觸發電路，其中第五高摻雜區與第六高摻雜區相連，并且第三觸發電路耦合在第三高摻雜區和第五高摻雜區之間； 第四觸發電路，耦合在第四高摻雜區和第一高摻雜區之間；以及第五觸發電路，其中第五高摻雜區與第六高摻雜區相連，并且第五觸發電路耦合在第四高摻雜區和第五高摻雜區之間； 其中第一、第二、第三、第四和第五觸發電路的任一個配置用于在ESD事件期間接通所述ESD保護電路。
5.根據權利要求I所述的ESD保護電路，其中 第六高摻雜區形成于第二高摻雜區和第五高摻雜區之間。
6.根據權利要求I所述的ESD保護電路，其中 沒有高摻雜區形成于第五高摻雜區和第二輕摻雜區之間 沒有高摻雜區形成于第五高摻雜區和第六高摻雜區之間；以及 沒有高摻雜區形成于第六高摻雜區和第二高摻雜區之間。
7.根據權利要求I所述的ESD保護電路，其中第五高摻雜區通過連接元件與第六高摻雜區耦合； 其中所述連接元件包括以下至少之一金屬連接、金屬觸點、通孔、金屬線、電阻器、電容器、二極管、金屬氧化物半導體(MOS)器件、雙極型晶體管和控制電路。
8.根據權利要求7所述的ESD保護電路，其中 所述連接元件在半導體器件的正常工作期間處于第一狀態，并且其中所述連接元件在ESD事件的第一時間段期間處于第二狀態。
9.根據權利要求8所述的ESD保護電路，其中 所述連接元件在ESD事件的第二時間段期間處于第一狀態。
10.根據權利要求I所述的ESD保護電路，還包括 第一導電類型的第七高摻雜區，形成于第六高摻雜區和第二高摻雜區之間；以及第二導電類型的第八區域，形成于第二高摻雜區和第三高摻雜區之間的第一低摻雜阱中，其中第八區域至少部分地包圍第六高摻雜區和第七高摻雜區。
11.根據權利要求I所述的ESD保護電路，還包括 第二導電類型的第七區域，至少部分地包圍第六高摻雜區。
12.根據權利要求11所述的ESD保護電路，其中 第七區域的摻雜水平高于第二低摻雜阱的摻雜水平，并且第七區域的摻雜水平低于第六高摻雜區的摻雜水平。
13.根據權利要求I所述的ESD保護電路，還包括 第一導電類型的第七區域，至少部分地包圍第五高摻雜區。
14.根據權利要求13所述的ESD保護電路，其中 第七區域的摻雜水平高于第一低摻雜阱的摻雜水平，并且第七區域的摻雜水平低于第五高摻雜區的摻雜水平。
15.根據權利要求I所述的ESD保護電路，還包括 第二導電類型的第三低摻雜阱，包圍第一低摻雜阱和第二低摻雜阱。
16.根據權利要求I所述的ESD保護電路，還包括 第二導電類型的第三低摻雜阱；以及 第二導電類型的第四低摻雜阱，位于第一低摻雜阱下方，并且至少部分地位于第二低摻雜阱和第三低摻雜阱的下方； 其中第二低摻雜阱、第三低摻雜阱和第四低摻雜阱的組合至少部分地包圍第一低摻雜阱。
17.根據權利要求I所述的ESD保護電路，還包括 第二導電類型的第三低摻雜阱； 第二導電類型的第四低摻雜阱，位于第一低摻雜阱、第二低摻雜阱和第三低摻雜阱的下方；以及 第一導電類型的第五低摻雜阱，位于第四低摻雜阱和第二低摻雜阱之間； 其中第三低摻雜阱和第四低摻雜阱的組合至少部分地包圍第一低摻雜阱、第二低摻雜阱和第五低摻雜阱。
18.根據權利要求I所述的ESD保護電路，其中 第一導電類型是P型，而第二導電類型是η型。
19.根據權利要求I所述的ESD保護電路，其中 第一導電類型是η型，而第二導電類型是P型。
20.根據權利要求I所述的ESD保護電路，還包括 第二導電類型的第七區域，形成于第一低摻雜阱和第二低摻雜阱之間的結處，其中第七區域至少部分地延伸到第一低摻雜阱和第二低摻雜阱中，并且其中所述觸發電路包括第七區域。
全文摘要
高保持電壓(HV)靜電放電(ESD)保護電路，包括可控硅整流器(SCE)器件和位于SCR器件的陽極和陰極之間長度(LCA)內的補償區域，所述補償區域增加了SCR器件的保持電壓。所述補償區域可以向SCR器件引入負反饋機制，這可以影響SCR的回路增益，并且使其在較高的保持電壓下達到再生反饋。
文檔編號H01L27/092GK102884624SQ201180009779
公開日2013年1月16日 申請日期2011年2月22日 優先權日2010年2月22日
發明者斯文·范韋梅爾斯, 奧利維耶·馬里沙爾 申請人:索菲科斯公司