TW200905860A - Symmetric type bi-directional silicon control rectifier - Google Patents

Description

200905860 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係種雜整流n，_是指—種具有小面積與高靜電防 護力的對稱式雙向雜整流n，其朗在I/Q具有正貞職之保 護元件。 【先前技術】 …. 有鐘於半導體技術之進步’ M0S元件的尺寸已降至次微米，甚至是深次 微米等級。而隨此先進技術造成甚薄的閉極氧化層，此時即可能使閑極氧 化層在接觸-稍高幾伏特之電壓時產生損害，特別是在面對—般環境所產 生的靜電龍時，靜電電朗錄之電壓可能高錢千甚錢萬伏特，而 損害積體電路，必齡靜電荷累魅-定量時，料放i而具備有 低導通電阻、低電容、低功率雜以及高功率電流導出能力的雜整流器 即是用來防止積體電路遭受靜電傷害的一有效元件。 而目前更以具雙向之矽控整流器，成為正負電壓之1/〇防護電路的市 場主流，眾多相關研究因應而生。舉例來說，如美國專利第如號、 第6365924號與第7034363係都揭露關於一種對稱的雙向石夕控整流_器，這 些專利因為直接製作在矽基板上，所以其耐壓度低，而且僅能適用於一般 的積體電路製程中。再者，如美國專利第696〇792號係揭露一種環形佈局 之對稱式雙向矽控整流器，但在這種技術下，不僅佈局面積較大，且啟動 的速度也冰受結構的影響，而無法有效地提供ESD保護作用。美國專利第 5072273號為一種低觸發電壓的矽控整流器，但其僅是可單向運作的矽控整 流器，其應用範圍為一般訊號的ESD保護電路，而無法應用在正負訊號的 200905860 10保護。 提出一種嶄新的對稱 有鑑於此’本發明遂針對上述習知技術之缺失 式雙向雜整流H，以有效克服上述之該等問題。 【發明内容】 本發明之主要目的在於提供—種對稱式雙_控整流器，其係用於防 止靜電對半導體元件可能造成的損傷。 其具有面積小 本發明之另一目的在提供一種對稱式雙向石夕控整流器 與高靜電防護力。 本發明之再-目的在提供—觀稱式雙向雜整細，其具有可轉變 之觸發電_留持健’可供更佳的設計與保護。 本發明之又—目的在提供一種嵌入有廳結構的對稱式雙向健整流 器，其可快速的啟動與高靜電防護力。 ▲本發明之又-目的在於提供一種對稱式雙向石夕控整流器，其可應用於 Γ7電望互補式金氧半導體（CM⑹晶片，作為正負電壓之I/O信號之哪 保遵7〇件、。 本發明之目的在於提供—觀稱式雙向雜整流器，其具有低寄 生電容，可減少信號損失。 _ 為達上述之目的’本發賴供—種對稱式雙⑽控整流器，其包含有 為第-導電型之基板；—位於基板上且為第—導電型的第—埋入層；並 排於第-埋入層上的第一井、中間區域與第二井，其各為第二導電型，第 品導電5L與第—導電型；第_井内包含有—第―半導體區與—第二半導體 品位於第一井與中間區域接合面上之第三半導體區其與第二半導體 200905860 區間之上設有-第_閘極結構，第__結構與第—半導體區與第二半導 體區連接至-陽極；第二井内包含有—第四半導體區與—第五半導體區. 以及位於第二井射_域接面上的第六半導魏，第五轉體區鱗六 半導體區間之上設有—第二_結構，其與第四半導體區、第五半導體區 連接至一陰極。 — 本發明尚提供另-種實施例態樣，其係將上述實施例中之第_半導體 區與第四半導體區之導電型態限定為第—導電型，而第二半_區、第三 半導體區、第五半導體區與第六轉體區之導電型態為第二導電型。 本發明尚提供另-種實施態樣，其係將上述實施例中之第一半導體區 與第四半導體區之導電型態限定為第二導電型，而第二半導體區'第三^ 導體區、第五jjL導體區與第六jjL導體區之導電㉟態為第一導電型。 本發明更提供另一種實施態樣，其係將上述實施例中之第一半導體 區第二半導體區'第四半導體區與第六半導體區之導電型態設定為第二 V電型，而第二半導體區與第五半導體區之導電型態設定為第一導電型。 本發明又提供另一種實施態樣，將上述實施例中之第一半導體區、第 二半導體區、第四半導體區與第六半導體區之導電型態設定為第一導電 型，而第二半導體區與第五半導體區之導電型態設定為第二導電型。 底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術内 容、特點及其所達成之功效。 【實施方式】 請參閱第1圖’其係本發明之第一實施例示意圖。如圖所示，本發明 包含有一 P型基板10 ’其上具有一 N型第一埋入層12與位於第一埋入層 200905860 12兩側的-P型第二埋人層14與_ p型第三埋入層w。 第-埋入層12上包含有-p型第—井18、 r 2第二井川，、/ a t 於第-井18與第二井20間的中間區域22，其可以是未換—立 者是任何具有N型導電型之區域，如N型遙晶層或N 曰心域或 具有-N型第-半導體區24與_p型第二半導體區沈，而二第一井18内 間區域22之接面上具有—P型第三半導體區28。在第二丰=井18與中 三半導體區28間之上形成有—閘極結構3〇。閣極¥體區26與第 32,以斑笛一主道触r。 π構30更串聯有—電阻 導體區24、第二半導體區26連接至—陽極34。 第第 =:有，第，體區36與-叫 ^-井卻射間辑22之接面上具有—ρ型第六半導體區仙。在第 導體區38與第六半導《1*^· + ㈣右+導紅4G間之上形成有—閘極結構必閘極結構42更 ^聯有—禮44，以與第四轉體區36、第五半導體區洲連接至一陰極 而在第二埋入層14上具有—p型第三井48,其内具有一用以接地之p «七半導體區5()，而在第三井48與第一井18係間隔一 N型未推雜之蟲 晶層52，在第:r 土审人 里入層16上具有—P型第四井54，其内具有-用以接地

之第八半導體F 〇D ，且同樣地第四井54與第二井20間-係間隔一 N型未摻 雜之^層58 °蟲晶層52與蟲晶層58 «可各形成有-第五井區（於圖 中未示）與-第六井區（於圖中未示）。 "實施例中係利用製程已進入深次微米階段之半導體技術，藉由閘 極結構30、第二车道规 于等體區26與第三半導體區28所構成之金氧半場效應電 200905860 晶體結構，與由閉極結構42、第五半導體區38與第六半導體區4〇所構成 金氧半％效應電日日體結構來降低臨界之崩潰電壓（breakd〇wn v〇itage)， 以調整元件之觸發電壓（trigger v〇ltage)，並改善元件啟動速度。 田然，在上述的貫施例中係以p型基板作為實施例來進行說明，因此各 π件之導Ί型驗循著P型基板之導電鶴而做更改，舉例來說在本實施 例中採用Ν型的第-埋人層、ν型中間區域等元件來搭配ρ型基板的使用， ii此在上述的只細(例中基板的導電型態也可以Ν型導電型態，僅是元件 的導電型翁依絲板的導電型態進行適當修正。在下列的實施例中，也 具有這樣的紐。此外’元制也可·形成隔離結構，如場氧化層、淺溝渠 隔離結構及未經任何摻雜之半導體區域。 清參閱第2圖，其係於第1圖之實施例中的第三半導體區28與第六半 導體區4G間之上更增設有―浮置祕賴6()，賤轉三鄕六半導體區 域間的間距，並調整留持電壓。 «月參閱第3圖’其係本發明之另一實施例的示意圖。如圖所示，本發明 係將第1圖所示之第一半導體區24之導電型態由N型修正為p型，將第二 半導體區26與第三半導· 28之導電鶴由p型修正為N型，而將第四 半導體區36之導·態由請修正為p型，紅半導歷38與第六半導 體區40之電性由p型修正為n型。 再者第一半導體區28與第六半導體區4〇間之上也可如先前所述設置 有一可調整留持電壓的浮置閘極結構（於圖中未示）。 此外在這個實施例中係藉由閉極結構3〇、第二半導體區26與第三半 200905860 導體區28所構成之金氧半場效應電晶體結構，與由閘極結構&、第五半導 體區38與第六半導體區4〇所構成之金氧半場效降低臨界之崩潰電壓 (breakdown VQltage) ’ 以調整元件之觸發電壓（tH· v〇itage)。 請參閱第4圖，其係本發明又一實施例示意圖。如圖所示，其係依據本 發明之第1圖之實施例架構下’而將第一半導體區24由N型導電型態修改 為p型導電鶴’第—半導體區26由卩型導電型態修改為N型導電型態， 第四半導寵36由N型導電聽修改為p型導電型態，而第五半導體區％ 由P型修改為N型。 而在第二半導體區28與第六半導體區4〇間之上也可以設置有一浮置問 極結構（於圖中未示）。 明參閱第5圖，其係本發明另一實施例示意圖。如圖所示，其結構是與

第1圖之架構相同的’而僅將第三半導體區28之導電型態由p型修正為N 型導電型態’將第六半導體區4G之導電型態由p型修正㉞型導電型態。 當然，修正後之第三半導體區28與第六半導體區4〇間之上也可設置有— 浮置閘極結構。 . 练上所述，本發明係一種具有小面積與高靜電防護能力之對稱式雙向 石夕控整流ϋ，料本發蚊狀有_錄半觀電晶體，贿純動速度 與提高靜護力。再者，此錄铸效《聽敎使本㈣之對稱式 雙向石夕控整流ϋ具材調整之輯電壓與㈣碰，明於朗於各種不 同之10電路使用。因此，本發明可應用於高賴互補式金氧半導體（⑽S) 晶片，作為正負如騎號之ESD保護元件。當⑼運作時，本發明可 200905860 減少漏電流與寄生電容，達到避免信號損失。 唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明 實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化 或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之一實施例示意圖。 / 第2圖係本發明之又一實施例示意圖。 第3圖係本發明之另一實施例示意圖。 第4圖係本發明之再一實施例示意圖。 第5圖係本發明之另一實施例示意圖。 【主要元件符號說明】 10基板 · 12第一埋入層 14第二埋入層 16第三埋入層 18第一井 20第二井 22中間區域-24第一半導體區 26第二半導體區 28第三半導體區 30閘極結構 200905860 32電阻 34陽極 36第四半導體區 38第五半導體區 40第六半導體區 42閘極結構 44電阻 46陰極 48第三井 50第七半導體區 52遙晶層 54第四井 56第-八半導體區 58蟲晶層 60浮置閘極結構

Claims (1)

1. 200905860 十、申請專利範圍： 1. 一種對稱式雙向矽控整流器，其包含有： 一基板，其為第二導電型； 一第一埋入層，其係位於該基板上且為第—導電型； -第-井與—第二井，其係位於該第—埋人層上且皆為第二導電型； -中間區域，其係位於該第—井與該第二相，且為第—導電·型； 一第-半導體區與-第二半導體區，其係位於該第—井内； 一第三半導體區，其係位於該第—井與該中間區域接合面上該第二半 導體區與該第三半導體區間之上設有-第-閘極結構； 第四半導體區與一第五半導體區，其係位於該第二井内；以及 一第六半導體區，其係位於該第二井與該中間區域之接面上，該第五半 導體區與該第六半導體區間之上設有-第二_結構。 2. 如申請專利範圍第丨項所述之對稱式雙⑽控整流器其更包含有： 第-埋入層與—第三埋人層’其係各位於該第—埋人層兩側邊的該基 板上且皆為第二導電型； 一第三井，其係位於該第二埋人層上^為第二導電型； 半導體區’其係位於該第三井内，且為第二導電型，該第七半導 體區接至某個端點電位； 第四井，其係位於該第三埋入層上且為第二導電型·以及 第\半導體區，其係位於該第四井内，且為第二導電型，該第八半導體 區接至某個端點電位。 3·如申專利範圍第2項所述之對稱式雙向石夕控整流器，其中該第一井與 13 200905860 該第三井間可為一第一磊晶層，該第二井與該第四井間可為一第二磊晶 層，該第一磊晶層與該第二磊晶層為第一導電型。 4.如申請專概2項所狀對稱式雙向雜整流^，射該第一井與 該第二井間可為一第五井區，該第二井與該第四井間可為一第六一井 區，該第五井區與該第六井區皆為第一導電型。 5·如申請專利範圍第1項所述之對稱式雙向石夕控整流器，其中該第一閑極 結構可串聯-電阻，該第二閘極結構也可串聯—電阻後，各別連接至一 陽極及一陰極。 6. 如申請專利範圍第1項所述之對稱式雙神控整流器，其中該第三半導 體區與該第六半導體區間之上更包含有一浮置開極結構。 7. 如申凊專她圍第1項所述之對稱式雙向雜整流^，其巾該第一半導 體區與該第四半導體區之導電型態為第—導電型，該第二半導體區、該第 三半導體區、該第五半導艇與該第六半導體區之導電型態為第二導電 型。 8. 如申請專利範圍第i項所述之對稱式雙㈣控整流器，其中該第一半導. 體區與該細半導蓮之導電鶴為第二導電型，該第二半賴區、該第 三半導體區、該第五半導體區與該第六半導體區之導電型態為第二導電 型。 9. 如申請專利範1)第丨項所述之對稱式雙向雜整流器，其巾該第一半導 體區、該第三铸·、時導舰與該第六半導寵之導電型態為 第二導電型，該第二半導體區與該第五半導體區之導電型態為第一導電 200905860 型。 10·如申請專利範圍第！項所述之對稱式雙向石夕控整流器，其中該第—半導 體區、該第三半導體區、該細铸與該第六半導體區之㈣型態為 第-導電型’該第二半導·與該第五半導體區之導電型態為第二導電 型。 11. 如申1專她圍第丨項所述之對稱式雙向雜整流器，其中該第一導電 型為N型，該第二導電型為p型。 12. 如申請專利細第丨項所述之對稱式雙向雜整流器，其中該第—導電 型為P型，該第二導電型為N型。 13. 如申明專利觀圍第！項所述之對稱式雙向石夕控整流胃，其中該第一間極 、.Ό構該第半^體區與該第二半導體區連接至—陽極，職第二閉極結 構、該第四轉舰無第五半導體區連敍—陰極。 ， 14. 如申明專利範圍第！項所述之對稱式雙向石夕控整流器，其中該第一問極 、’。構A第半導體區與該第二半導體區連接至—陰極，嶋第二閑極結 構、該細半導籠與該第五铸體區連接至一陽極。 15. 如申1專利關第1項所述之對稱式雙㈣控整流器，其中該中間區域 係選自於未摻雜J晶層或具有摻雜雜質之第—導電型之遙晶層。 16. 如申μ專利圍第1項所述之對稱式雙㈣控整流器，其巾該中間區域 係選自於具第_導電型之JBaB層或具有具第—導電型之井區。 17. 如申印專利範圍第1項所述之對稱式雙向石夕控整流器，其中該第三半導 體區與该第六半導體區間之上包含有—浮置問極。 15 200905860 18.如申請專利範圍第1項所述之對稱式雙向矽控整流器，其中該中間區域 下方可以是該P型基板或是該第一埋入層區域。 16