TWI343119B - - Google Patents

Description

1343119 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 •一，、〇 M、两檟兴向射•电

護力的對稱式雙向矽控整流器，其應用在I/O 具有正負電壓訊號之ESD僻 護元件。 【先前技術】

有鐘於半導體技術之進步，MOS元件的尺寸已降至次微求，甚至是深次 微米等級。而隨此先進技術造成甚薄的閘極氧化層，此時即可能使閑極氧 化層在接觸-稍錢麟之電壓時產生财，_是麵對—般環境所產 生的靜電電壓時，靜電電壓所㈣之電壓可能高達幾千甚至幾萬伏特，而 損害積體電路，因此必财靜賴累積至1量時，將魏電。而具備有 低導通電阻、低電容、低功率消耗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。

本發明係有關一種矽控整流 而目前更以具雙向之雜整流H，成為正負電壓之I/G _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6258號' 第6365924賴第7034363係都揭露關於-種對稱的雙向石夕控整流器，這 些專利因為直接製作切基板上，所以細壓度低，而且健適用於一般 的積體電路製程中。再者’如美國專利第_792號係揭露一種環形佈局 之對稱式雙向⑦控整:411 ’但在這種技術下，不僅佈局面積較大且啟動 的速度也深受結構的影響，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-般訊號的ESD保護電路，而無法應用在正負訊號的 5 10保護。 有鑑於此，本發明遂針對上述習知技術之缺失提出一種搞的對稱 式雙向碎控整流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—種對稱式雙向雜整流器，其係用於防 止靜電對半導體元件可能造成的損傷。 .， 本發明之另-目的在提供—歸稱錢向啸整越，其具有面積小 與高靜電防護力。 本發明之#目的在提供-賴赋雙向雜整越，其具有可轉變 之觸發電壓與留持電壓，可供更佳的設計與保護。 本發明之又-目的在提供m有·結構的對稱式雙㈣控整流 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—種對赋雙向雜整㈣，其可應用於 尚電堡互補式金氧半導體⑽S)晶片，作為正負電壓之Ι/G信號之ESD 保護元件。 本發明之另-目的在於提供-種對赋雙向雜整赫，其具有低寄 生電容，可減少信號損失。 為達上述之目的，本發明提供—種對稱式雙向雜整流^，其包含有 為第—導電型之基板；一位於基板上且為第一導電型的第一埋入層；並 排於第-埋人層上的第—井、中顺域與第二井，其各為第二導電型，第 :導電型與第二導電型；第—井内包含有—第—半導體區與—第二半導艘 區；-位於第-井與中間區域接合面上之第三半導體區，其與第二半導體 1343119 區間之上設有-第-閘極結構，第1極結構與第—半導雜區與第二半導 體區連接至-陽極；第二井内包含有-第四半導與—第五半導體區； 以及位於第二井射_域接面上料六半導，紅半導舰與第六 半導體區間之上設有-第二閘極結構，其與第四半導、第五半導體區 連接至一陰極。 本發明尚提供另一種實施例態樣，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—導電型，而第二半導體區、第三 半導體區、第五半導體區與第六半導體區之導電型態為第三導電型。 本發明尚提供[種實施祕，其係將上述實關巾之第-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'第三半 導體區 '第五半導麵與第六半導體區之導電雙為第—導電型。 本發明更提供另-種實施態樣，其係將上述實施例中之第一半導體 區、第三半導、第四半導與第六半導籠之導電型態設定為第二 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—導電型。 本發明又提供另-種實施態樣，將上述實關.中之第—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龍設定為第二導電型。 底下藉由具體實施解加說明，#更容純解本發明之目的、技術内 容、特點及其所達成之功效。 【實施方式】 奢參閱第1圖其係本發明之第—實施例示意圖。如圖所示，本發明 包a有Ρ型基板10，其上具有一 Ν型第一埋入層12與位於第一埋入層 7 1343119 12兩側的一p型第二埋入層14與一p型第三埋入層μ。 第一埋入層12上包含有一 P型第一井18、一 p型第二井2〇以及一位 於第—井與第二井20間的中間區域22，其可以是未摻雜㈣晶區域或 者是任何具有N型導電型之區域，如N型兹晶層或N型井區。第一井Μ内 具有-N型第-半導體區24與一 p型第二半導體區％，而第一井以財 間區域22之接面上具有-P型第三半導體㈣。在第：半導體_愈第 二半導體區28間之上形成有結構3()。_結構3q更串聯有一電阻 32，以與第—半導體區24、第二半導體區26連接至—陽極抑。 N型㈣導編6#_p嫩半導體㈣而 -井20與中間區域22之接面上具有—p型第六半導體區仙。在第五半 導體區38與第六半導體區4〇間之上形成有—咖構必閘極結触更 串聯有-電阻44 ’以與第四半導體區36、第五半導體區38連接至一陰極 46 ° ，而在第二埋人層14上具有—p型第三井48，其内具有—用以接地之p 组第七半導體區5〇，而為笛= 二井48與第一井π係間隔一 N型未摻雜之蟲 晶層52，在第三埋入層16上 6上具有_ p型第四井％，其内具有—用以接地 之第八半導體區56，叫樣地第四井％與第二井射_隔 内更可各形成有_第五井區‘ 未不）與—第六輕（於时未示）。 在k個編物_㈣帛怖&丨㈣靖，藉由閑 結構3〇、第二半導體區26與第三半導趙區此所構成之金氧半場效應電 晶體結構，與由閘極結構42、第五半導體區38與第六半導體區40所構成 之金氧半％效應電晶體結構來降低臨界之崩潰電壓（breakd〇wn vo丨tage)， 以調整元件之觸發電壓（trigger v〇itage)，並改善元件啟動速度。 當然，在上述的實施例中係以P型基板作為實施例來進行說明，因此各 /L件之導電型態將循著p型基板之導電型態而做更改，舉例來說在本實施 例中採用N型的第-埋入層、N型中間區域等元件來搭配卩型基板的使用， 鑑此，在上述的實施例中基板的導電型態也可以N型導電型態，僅是元件 的導電型態需依照基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_性i外，元件間也可形成隔離結構，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i圖之實施例中的第三半導體區沈與第六半 導體區4G間之上更增設有__浮置閘極結構⑼，以脑第三與第六半導體區 域間的間距，並調整留持電壓。 請參閱第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-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與第三半導體區28之導電型態由p型修正為n型，而將第四 半導體區36之導電_由N贿正為p型，紅半導體區38與第六半導 體區40之電性由p型修正為N型。 再者’第三半導體區28與第六半導舰4G間之上也可如输所述設置 有—可調整留持電壓的浮置閘極結構（於圖中未示）。 此外在化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 1343119 導體區28所構成之金氡半場效應電晶·構，與由_結構42、第五半導 體區38與第六半導體區40所構成之金氧半場效降低臨界之崩潰電壓 (breakdown VQltage) ’以調整树之觸發縣（响财他卿）。 叫參閲第4圖，其係本發明又—實施例示意圖。如圖所示，其係依據本 發明之第丨圖之實施織構下，而將第—半導· 24由n料電型態修改 為P型導電型態’第二半導體區26由？型導電型態修改為N型導電型態，

第四半導體區36由N型導電型態修改為p型導電型態，而第五半導體區狀 由P型修改為N型。 而在第三半導體區28與第六半導體區4〇間之上也可以設置有一浮置閉 極結構（於圖中未示）。

叫參閱第5圖，其係本發明另—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型修正為N型導電型態。 田然’修正叙第三半導體區28與第六半導體區仙間之上也可設置有一 浮置閘極結構。 ' ”不上所述，本伽係—種具有小面積與高靜電賴能力之對稱式雙向 石夕控整流器，糾本發明更錢有—錄半場錢晶體，⑽善啟動速度 與提高靜f防護力。再者，此錄半魏電晶體結構线本_之對稱式 雙向石夕控整流轉材難之留持電壓細發電壓，_於制於各種不 同之10電路使用。因此’本發明可應用於高龍互補式金氧半導雜（⑽) 晶片’作為正負電歷1/0信號之®保護元件。當晶片運作時，本發明可 1343119 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#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 1343119 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蟲晶層 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. ::343119 . 100年4月1曰修正替換頁 .十、申請專利範圍：

   I 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； ‘ 一第-井與—第二井，其係位於該第-埋入層上且皆為第二導電型； 、—中間井’其係位於該第—井與該第二井間，且為第—導電型； 第半導體區與-第二半導體區，其係位於該第—井内； -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，該第—閘極結構、 該第-半導體區與該第二半導體區連接至一陽極； -第四半導體第五半導體區，其係位於該第二井内； -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一第二閉極結構，該第二問極結構、 該第四半導體區與該第五半導體區連接至一陰極； -第三埋人層，其係位於該第—埋人層側邊的該基板上，該第三埋入層 為第二導電型； 一第四井，其係位於該第三埋入層上且為第二導電型；以及 -第八半導體區’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。 2.如申請專利範圍第1項所述之對稱式雙向雜整流器，更包含有： -第二埋入廣’其位於該第一埋入廣另一側邊的該基板上且為第二導電 型； 13 1343119 100年4月1日修正替換頁 !. 一第二井，其係位於該第二埋入層上且為第二導電型丨以及 -第七半導體(I ’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。 -3.如申請專利範圍第2項所述之對稱式雙向石夕控整流器，其中該第—井與 該第二井間可為一第一蟲晶層，該第二井與該第四井間可為-第二蠢晶 -- 層，該第一磊晶層與該第二磊晶層為第一導電型。 4·如申請專利範圍第2項所述之對稱式雙向雜整流n，其中該第一井與 遠第二井間可為-第五丼區，該第二井與該第四可為—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芦整流器，其中該第一問極 、、-σ構可串％ —電阻，該第二閘極結構也可串聯一電阻後，各別連接至一 1¾極及一陰極。 6·如申清專利範圍第1項所述之對稱式雙向石夕控整流器，其中該第三半導 體區與該第六半導體區間之上更包含有-浮置閘極結構。 7.如申請專利範圍第丨項所述之對稱式雙向雜整流器，其中該第一半導 體區與該第四半導體區之導電型態為第一導電型，該第二半導體區、該第 -半導體區、邊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。 8·如申請專利細第1項所述之對稱式雙向雜整流器，其中該第—半導 體區與該第四半導體區之導電型態為第二導電型，該第二半導體區、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一導電 100年4月1日修正替換頁 型。 - 品月專寿J範圍第j項所述之對稱式雙向石夕控整流器，其中該第一半導 體區、該第三半導體區、該第四半導體區與該第六半導體區之導電型態為 •里該第—半導體區與該第五半導體區之導電型態為第一導電 型。 。申叫專利㈣第！項所述之對稱式雙向石夕控整流器，其中該第一半導 體區該第—半導體區、該第四半導體區與該第六半導體區之導電型態為 第導電型’邊第二半導體區與該第五半導體區之導電型態為第二導電 型。 11. 如申Μ專概圍第丨項所述之對稱式雙向啸整流^，其中該第一導電 型為Ν型，該第二導電型為ρ型。 12. 如申請專利難第丨項所述之對稱式雙向雜整趋，其中該第一導電 型為p型，該第二導電型為N型。 13’如申β專利域第丨項所述之對稱式雙向雜整魅，其中該第三半導 體區與該第六半導體區間之上包含有—浮置閑極。 14.如申請專利範圍第1項所述之對稱式雙向矽控整流器，其中該中間井下 方可以是該ρ型基板或是該第一埋入層區域。