專利名稱：多晶硅界定階躍恢復(fù)器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及到半導(dǎo)體集成電路。更具體地，本發(fā)明涉及用于半導(dǎo)體集成電路或者類似電路的保護(hù)電路中的電路單元。
背景技術(shù)：
集成電路和其它半導(dǎo)體器件容易被各種靜電放電(ESD)事件或者類似事件損傷或者完全毀壞。因此在芯片上包含保護(hù)電路有利于防止或者減小這些事件的損傷。更具體地，該保護(hù)電路的形成適合于吸收靜電放電并且防止ESD事件損傷集成電路或者其它半導(dǎo)體器件的功能或者有源電路元件。優(yōu)選地，保護(hù)電路單元適合于在ESD事件過程中疏導(dǎo)極大的電流，否則，這些電流將損傷或者破壞包含該保護(hù)電路單元的集成電路或者其它半導(dǎo)體器件。
用于ESD保護(hù)的保護(hù)電路單元之一是寄生的n-p-n雙極晶體管，有時(shí)被稱為“階躍恢復(fù)”器件。階躍恢復(fù)器件容易制造，具有低漏電特性，并且一旦這種器件“階躍恢復(fù)”到雙極晶體管運(yùn)行，就能夠在ESD事件中疏導(dǎo)極大的電流。
在當(dāng)今半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)如淺溝隔離技術(shù)中，觸發(fā)階躍恢復(fù)器件工作的結(jié)擊穿電壓增加。同時(shí)，需要保護(hù)的靈敏有源電路元件的擊穿電壓在不斷降低。保護(hù)電路單元的相對(duì)較高的擊穿電壓使得激活保護(hù)電路元件并且防止對(duì)有源電路元件的損傷變得太困難，從而減小了其有效性。因此有源器件的電路元件可能會(huì)在保護(hù)電路單元開啟之前被ESD事件損壞。
圖1中顯示了一種傳統(tǒng)的階躍恢復(fù)器件的電流(I)/電壓(V)特性。在一次ESD事件過程中，階躍恢復(fù)器件的電流I和電壓V都增加。由于傳統(tǒng)階躍恢復(fù)器件上的電壓根據(jù)形成該器件的襯底而增加，所以當(dāng)超過雪崩擊穿電壓VAB時(shí)，就會(huì)發(fā)生雪崩擊穿。圖1中顯示的I-V特性的部分2為雪崩擊穿區(qū)域。當(dāng)雪崩擊穿電流變得很高時(shí)，器件變到雙極階躍恢復(fù)，通過該器件的電壓降低。雙極階躍恢復(fù)的觸發(fā)點(diǎn)由觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流，分別為Vt1和It1，來表征，可以維持雙極行為的最低電壓被稱為“階躍恢復(fù)”電壓VSB。當(dāng)處于圖1中I-V特性的部分6所指示的雙極階躍恢復(fù)模式時(shí)，在一個(gè)降低了的電壓下，極大的電流可以流過階躍恢復(fù)器件，而且集成電路的有源電路元件不會(huì)被損傷。當(dāng)工作在雙極階躍恢復(fù)模式6時(shí)，階躍恢復(fù)器件實(shí)質(zhì)上是作為一個(gè)n-p-n雙極晶體管，疏導(dǎo)諸如可能是由ESD事件產(chǎn)生的額外電流，否則該電流會(huì)流過并且損傷或者破壞集成電路器件的有源器件部分。通過這種方式，階躍恢復(fù)器件抑制了器件損傷。當(dāng)電流進(jìn)一步增加時(shí)，對(duì)該集成電路的有源電路元件的損傷最終將會(huì)發(fā)生。集成電路的有源部件被損傷之前的最高點(diǎn)由電壓Vt2和電流It2共同表征。
為了有效并且提供保護(hù)，從邏輯上來說，在集成電路器件的有源電路部件被損傷之前，階躍恢復(fù)器件必須被觸發(fā)到階躍恢復(fù)雙極模式。一般來講，階躍恢復(fù)器件的擊穿電壓必須低于有源電路部分的擊穿電壓。雪崩擊穿電壓VAB一般被認(rèn)為是階躍恢復(fù)器件的擊穿電壓。階躍恢復(fù)器件的觸發(fā)電壓Vt1應(yīng)該需要低于有源電路部分的擊穿電壓，以在到達(dá)觸發(fā)點(diǎn)之前阻止有源器件損傷的發(fā)生。同時(shí)也需要電壓Vt1不大于階躍恢復(fù)電壓VSB。換一種說法，Vt1和VSB之間的電壓差異需要最小化。同時(shí)也需要使階躍恢復(fù)器件能夠疏導(dǎo)盡可能多的電流，以阻止對(duì)有源電路部分的損傷。
在圖2中顯示了傳統(tǒng)的階躍恢復(fù)器件的器件版圖。圖2顯示了由兩種實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)120形成的階躍恢復(fù)器件。每個(gè)結(jié)構(gòu)120包括形成在襯底中的優(yōu)選的為一個(gè)N+型雜質(zhì)區(qū)域的有源區(qū)124和一個(gè)也是形成在該襯底中的P型摻雜區(qū)域130。每個(gè)結(jié)構(gòu)120包括一層導(dǎo)電膜122，該膜形成在有源區(qū)124上，并且通過接觸孔126與有源區(qū)124電連接。階躍恢復(fù)器件包括一個(gè)寬度128。一個(gè)導(dǎo)電膜122電連接到輸入/輸出焊盤，另一個(gè)導(dǎo)電膜122電連接到電壓源或者地。
增加階躍恢復(fù)器件的有效性的一個(gè)通常的方法就是增加寬度128以提供更多的保護(hù)。由于此增加的寬度是以集成電路芯片上的不動(dòng)產(chǎn)為代價(jià)換得的，否則該不動(dòng)產(chǎn)可以被用于有源電路元件，所以這種方法一般不受青睞。一個(gè)更受青睞的方法是提供幾個(gè)并聯(lián)的較小的階躍恢復(fù)器件，以增加對(duì)ESD損傷的保護(hù)?；仡^參考圖1，為了使并聯(lián)的階躍恢復(fù)器件有效，必須使Vt2大于Vt1。這樣能夠保證在任何一個(gè)階躍恢復(fù)器件達(dá)到電壓Vt2并且由此損傷或者破壞集成電路器件的有源部分元件之前，每一個(gè)階躍恢復(fù)器件開啟并且跳回雙極模式。這在圖1的I/V曲線描述的傳統(tǒng)階躍恢復(fù)器件中是不可能得到的。
因此，需要提供一種保護(hù)電路單元，其中包括一個(gè)擊穿電壓，該電壓低于保護(hù)電路所在的集成電路器件的有源電路元件的擊穿電壓。也需要提供這樣一種保護(hù)電路單元，它能夠疏導(dǎo)相當(dāng)大的電流，并且包括一個(gè)不會(huì)顯著超過階躍恢復(fù)電壓的觸發(fā)點(diǎn)，和一個(gè)觸發(fā)電壓，此觸發(fā)電壓低于損傷該保護(hù)電路元件需要保護(hù)的有源器件的電壓。更需要提供這樣一個(gè)電路元件，它能夠針對(duì)ESD損傷提供明顯的保護(hù)，而又使保護(hù)電路元件占的襯底空間量最小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種階躍恢復(fù)器件，包括在襯底表面形成的一種極性的兩個(gè)有源區(qū)，相反極性的襯底區(qū)域?qū)蓚€(gè)有源區(qū)分開。此階躍恢復(fù)器件包含在半導(dǎo)體器件中。每個(gè)有源區(qū)被一層覆蓋膜部分覆蓋，該覆蓋膜通過介質(zhì)膜與有源區(qū)隔開。覆蓋膜可由金屬或半導(dǎo)體材料制成。覆蓋膜和對(duì)應(yīng)的有源區(qū)均電連接到在此結(jié)構(gòu)上形成的導(dǎo)電層上。一導(dǎo)電層連接到半導(dǎo)體器件的輸入/輸出端，另一導(dǎo)電層連接到地和/或電源。階躍恢復(fù)器件包括一個(gè)降低的雪崩擊穿電壓和允許該器件跳回到雙極模式的觸發(fā)點(diǎn)電壓，從而能夠在相對(duì)低的電壓下疏導(dǎo)額外電流。因此，階躍恢復(fù)器件保護(hù)有源電路部分免受由ESD事件產(chǎn)生的極大電流，否則該電流將會(huì)損傷和/或破壞該集成電路。


當(dāng)結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明會(huì)被最好的理解。強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)共同的實(shí)踐，此圖的各種特征不會(huì)縮減。相反，為了清楚，各種特征的尺寸被任意的擴(kuò)展或者減少。在全部圖和詳細(xì)說明中，相同的數(shù)字標(biāo)示相同的元件。附圖中包括下面的圖。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的階躍恢復(fù)器件的電流-電壓曲線；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的階躍恢復(fù)器件的平面視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的典型的階躍恢復(fù)器件的平面視圖；圖4是典型的階躍恢復(fù)器件的沿圖3中線4-4的橫截面視圖；圖5是典型的階躍恢復(fù)器件的沿圖3中線4-4的橫截面視圖；并且圖6是根據(jù)本發(fā)明的典型的階躍恢復(fù)器件電流-電壓曲線。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種保護(hù)電路單元--此后被稱為階躍恢復(fù)器件。該階躍恢復(fù)器件形成在一個(gè)集成電路或者其它半導(dǎo)體器件中，這些器件此后被稱為集成電路。優(yōu)選的，此階躍恢復(fù)器件被連接到該集成電路的輸入/輸出端，從而如由諸如ESD的事件產(chǎn)生的外部電流脈動(dòng)將優(yōu)選的被階躍恢復(fù)器件減緩，就不會(huì)損傷集成電路的有源或者功能電路元件。根據(jù)典型的實(shí)施例，兩個(gè)或者更多的階躍恢復(fù)器件可以并聯(lián)。根據(jù)一個(gè)典型的實(shí)施例，本發(fā)明的階躍恢復(fù)器件可以被包含在集成電路的I/O緩沖部分。根據(jù)另一個(gè)典型的實(shí)施例，本發(fā)明的階躍恢復(fù)器件可以被包含在測(cè)試芯片上。本階躍恢復(fù)器件可以被包含用各種技術(shù)形成的各種集成電路或者其它半導(dǎo)體器件中。
圖3是本發(fā)明的典型的階躍恢復(fù)器件100的平面視圖。圖3包括一對(duì)實(shí)質(zhì)上相同的部件21，它們聯(lián)合構(gòu)成了階躍恢復(fù)器件100。每個(gè)部件21包括形成在襯底區(qū)域內(nèi)的有源區(qū)24。根據(jù)典型的實(shí)施例，有源區(qū)24可以是形成在襯底區(qū)域30內(nèi)的n型摻雜區(qū)域，襯底區(qū)域30可以是p型摻雜區(qū)域。每個(gè)有源區(qū)24可以是n+摻雜區(qū)域，并且可以包括濃度在10e19-10e20雜質(zhì)原子/cm3范圍n型摻雜雜質(zhì)，但是可以選擇的是，其它摻雜濃度可以使用。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，襯底30可以是形成在硅襯底內(nèi)或者在SOI(絕緣體上的硅)的外延硅層內(nèi)的一般形成的P-阱(P-well)或者P-盆(P-tub)區(qū)域。在實(shí)施例中，有源區(qū)24形成在襯底區(qū)域30內(nèi)，并且被襯底區(qū)域30從側(cè)面和底部包圍。根據(jù)實(shí)施例，每個(gè)有源區(qū)均可以形成在硅襯底的表面45內(nèi)。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，襯底區(qū)域30可以只在有源區(qū)24之間形成。一般來說，相同極性的每一個(gè)有源區(qū)24被相反極性的襯底30隔離開。因此在有源區(qū)24之間形成了兩個(gè)p-n結(jié)。有源區(qū)24和襯底30可以通過傳統(tǒng)的圖形化和摻雜方法形成。襯底30可以包括總摻雜雜質(zhì)濃度范圍為10e15到10e18，但是也可以選擇其它濃度?？梢圆捎靡话愕牟⑶疫m合的雜質(zhì)種類。優(yōu)選的，襯底區(qū)域30包括一個(gè)雜質(zhì)濃度增高的離散區(qū)域，稱為固定區(qū)。固定區(qū)具有適當(dāng)?shù)慕佑|孔和導(dǎo)電互聯(lián)，可以被用于控制襯底區(qū)域30的電壓。固定區(qū)域具有一般的濃度范圍為10e19-10e21雜質(zhì)原子/cm3。在實(shí)施例中，每個(gè)有源區(qū)24的摻雜濃度高于襯底30的總摻雜濃度。正如將在圖4和圖5中顯示的橫截面視圖所示，有源區(qū)24優(yōu)選形成在襯底表面45內(nèi)，并且由形成在襯底上或者內(nèi)的場(chǎng)效氧化膜定界，該場(chǎng)效氧化膜在有源區(qū)24的邊界上終止。根據(jù)在p型襯底30內(nèi)形成n型有源區(qū)24的實(shí)施例，形成了一個(gè)n-p-n結(jié)構(gòu)。階躍恢復(fù)器件100包括寬度28。
每個(gè)膜部分33界定各有源區(qū)24至少一個(gè)周邊37。每個(gè)膜部分33沿著在有源區(qū)24和襯底區(qū)域30之間形成的界面擴(kuò)展，由傳統(tǒng)的半導(dǎo)體或者導(dǎo)電材料形成，并且通過傳統(tǒng)的方法進(jìn)行圖形加工。在典型實(shí)施例中，膜部分33均可以由多晶硅形成。該多晶硅可以是n型摻雜、p型摻雜、或者不摻雜。根據(jù)另一個(gè)典型的實(shí)施例，膜部分33可以是“多晶硅化物(polycide)”膜，包括多晶硅膜和在其上形成的硅化物膜。根據(jù)不同的實(shí)施例，任何不同的硅化物膜都可以被使用。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，膜部分33可以由金屬形成。不同的膜部分33可以由相同的或者不同的材料形成。盡管膜部分33可以由包括導(dǎo)體、金屬材料的各種材料形成，膜部分33在此后仍然被稱為半導(dǎo)體膜部分33。每個(gè)半導(dǎo)體膜部分33包括覆蓋了相應(yīng)的有源區(qū)24的一部分的覆蓋部分35。有源區(qū)24根據(jù)不同的典型實(shí)施例可以具有襯底表面內(nèi)的各種二維形狀，并且可以擴(kuò)展到各種深度。有源區(qū)24并不一定被限制為圖3中所示的一般矩形。同樣，有源區(qū)24的周邊37可以具有各種形狀。由此，覆蓋部分35只作為示例，并且根據(jù)其它示例實(shí)施例，可以沿著周邊37的兩個(gè)或者更多的周邊擴(kuò)展。覆蓋部分35可以只是部分的沿著周邊37的一側(cè)擴(kuò)展，或者它可以沿著周邊37的非線性部分?jǐn)U展。在一個(gè)典型實(shí)施例中，覆蓋部分35可以包括半導(dǎo)體膜部分33，在有源區(qū)24上伸出范圍在0.05到1微米的距離，但是根據(jù)其它典型實(shí)施例，可以使用其它的覆蓋距離。半導(dǎo)體膜部分33的覆蓋部分35通過中間插入的一層介質(zhì)膜與有源區(qū)24絕緣。根據(jù)另一個(gè)典型實(shí)施例，也可以用其它的絕緣材料使半導(dǎo)體膜部分33與有源區(qū)24絕緣。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，介質(zhì)膜/半導(dǎo)體膜的配置可以和集成電路中有源電路各處形成并用作有源晶體管柵結(jié)構(gòu)的復(fù)合結(jié)構(gòu)相同。
導(dǎo)電膜22形成在絕緣材料上，如形成在每一個(gè)有源區(qū)24/半導(dǎo)體膜部分33配置上的適當(dāng)?shù)闹虚g介質(zhì)膜。任何適當(dāng)?shù)暮蛡鹘y(tǒng)的中間介質(zhì)材料都可以使用。導(dǎo)電膜22可以由鋁、鋁合金、銅、或者銅合金形成，但是根據(jù)其它的典型實(shí)施例，可以使用其它的各種常用的導(dǎo)電材料。導(dǎo)電膜22至少部分的形成在相應(yīng)的有源區(qū)24和半導(dǎo)體膜部分33的部分上。一般的，每個(gè)導(dǎo)電膜22通過中間介質(zhì)膜避免與半導(dǎo)體膜部分33和有源區(qū)22直接接觸，但是通過在由形成在導(dǎo)電膜22下的中間介質(zhì)膜中形成接觸孔的方法，與半導(dǎo)體膜部分33和有源區(qū)22均電連接。典型的中間介質(zhì)膜將如圖4和5中所示。每個(gè)導(dǎo)電膜22可以通過接觸孔26與對(duì)應(yīng)的有源區(qū)24電連接。在所示的典型實(shí)施例中，接觸孔26被布置成線狀陣列，但是根據(jù)其它典型實(shí)施例，它們可以被排列成其它構(gòu)造。根據(jù)不同的典型實(shí)施例，可以采用各種適當(dāng)?shù)慕佑|孔尺寸和間距。根據(jù)一個(gè)典型實(shí)施例，可以采用范圍從0.1到1微米的接觸孔尺寸和間距，但是根據(jù)其它典型實(shí)施例，其它的接觸孔尺寸和間距也可以被使用。每個(gè)導(dǎo)電膜22也可以通過相應(yīng)的接觸孔27與對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體膜部分33電連接。根據(jù)其它典型實(shí)施例，另外的接觸孔27可以被用于將導(dǎo)電膜22連接到半導(dǎo)體膜部分33上。每個(gè)部分21包括被電連接到相同電極上的有源區(qū)24、導(dǎo)電膜22、和半導(dǎo)體膜部分33，盡管在每種情況下，半導(dǎo)體膜部分33的覆蓋部分35被電學(xué)絕緣，使其不與有源區(qū)24直接接觸。相應(yīng)的導(dǎo)電膜22、半導(dǎo)體膜部分33和有源區(qū)24的形狀和位置只是典型的，其它配置也可以被替換使用。
優(yōu)選的，階躍恢復(fù)器件100被連接到集成電路的輸入/輸出端和電源或者地線源之間。根據(jù)實(shí)施例，部件21的引線39A可以直接連接到輸入/輸出(I/O)端，引線39B可以連接到VSS或者VDD地/電源上。這樣，由于直接連接到經(jīng)歷ESD器件效應(yīng)的受壓I/O端，在這種效應(yīng)損傷或者破壞有源電路元件之前，階躍恢復(fù)器件100可以抑制這種事件的效應(yīng)。根據(jù)其它典型實(shí)施例，其它電連接結(jié)構(gòu)也可以用來將階躍恢復(fù)器件連接到對(duì)應(yīng)的電極。在典型實(shí)施例中，階躍恢復(fù)器件100包含在它所在的集成電路器件的緩沖部分中。
寬度28的變化依賴于襯底表面可用面積、具體的器件應(yīng)用、所需保護(hù)級(jí)別、和是否并聯(lián)了多個(gè)階躍恢復(fù)器件100。一般來講，當(dāng)寬度28增加，對(duì)ESD事件和其它電流脈動(dòng)現(xiàn)象的保護(hù)量也相應(yīng)的增加。根據(jù)不同的典型實(shí)施例，寬度28可以是70、100、或130微米，但是根據(jù)其它典型實(shí)施例，在70-130微米范圍內(nèi)和外的其它各種寬度也可以被使用。根據(jù)實(shí)施例，一組兩個(gè)的階躍恢復(fù)器件可以并聯(lián)，使得各自的引線39A與共同的I/O端連接。本發(fā)明提供了一種階躍恢復(fù)器件，其特征是電壓/電流曲線中的Vt2大于Vt1，這將如圖6所示。當(dāng)電壓大于Vt2時(shí)，階躍恢復(fù)器件所在的集成電路中的有源或者功能部件就會(huì)被損壞。在電壓Vt1時(shí)，階躍恢復(fù)器件被觸發(fā)到雙極階躍恢復(fù)模式，實(shí)質(zhì)上是作為一個(gè)雙極晶體管，因此能夠疏導(dǎo)額外電流。由于Vt2＞Vt1，在任何器件被損傷之前，由于第一個(gè)階躍恢復(fù)器件獲得大于It2的電流，并聯(lián)的附加階躍恢復(fù)器件優(yōu)選地全部觸發(fā)到階躍恢復(fù)運(yùn)行。
圖4是沿圖3中線4-4的橫截面視圖。圖4顯示了形成在諸如襯底區(qū)域30的襯底內(nèi)并且界定了有源區(qū)24的場(chǎng)效氧化膜41。在典型實(shí)施例中，場(chǎng)效氧化膜41侵入了原先的襯底表面。有源區(qū)24和襯底區(qū)域30均形成在襯底表面45上。中間介質(zhì)43形成在半導(dǎo)體膜部分33和有源區(qū)24之上。中間介質(zhì)43可以是用在本技術(shù)領(lǐng)域的各種適當(dāng)?shù)闹虚g介質(zhì)膜中的任何一種。接觸孔26為穿過中間介質(zhì)43延伸的開孔，用導(dǎo)電材料填滿，從而能夠提供導(dǎo)電膜22和有源區(qū)24之間的電接觸。接觸孔27穿過中間介質(zhì)43形成，以提供導(dǎo)電膜22和半導(dǎo)體膜部分33之間的接觸。在此闡述的典型實(shí)施例中，導(dǎo)電膜22形成在中間介質(zhì)43上，并且在延伸穿過中間介質(zhì)43的接觸孔26和27中。根據(jù)其它典型實(shí)施例，可以在接觸開口26和/或接觸開口27內(nèi)形成另外的導(dǎo)電材料，然后用在中間介質(zhì)43之上形成的互連導(dǎo)電膜22接觸這些另外的導(dǎo)電材料。根據(jù)不同的典型實(shí)施例，半導(dǎo)體膜部分33可以包括一個(gè)范圍從300埃到10000埃的厚度。根據(jù)典型實(shí)施例，形成摻雜襯底區(qū)域30和有源區(qū)24的襯底可以是單晶硅。
圖5是沿圖3中線5-5的平面視圖。圖5包括半導(dǎo)體膜部分33，它突出覆蓋有源區(qū)24或者覆蓋區(qū)域35上，并且在沿著周邊37形成的襯底區(qū)域30/有源區(qū)24邊界上延伸。根據(jù)不同的典型實(shí)施例，覆蓋區(qū)域35包括一個(gè)變化范圍從0.05到1微米的距離47，但是其它的伸出距離也可以被選擇的使用。介質(zhì)膜48將半導(dǎo)體膜部分33從有源區(qū)24分開。在典型實(shí)施例中，介質(zhì)膜48可以是柵介質(zhì)膜，半導(dǎo)體膜部分33/介質(zhì)膜48的結(jié)構(gòu)可以在其它區(qū)域的形成晶體管柵。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)典型的n+-p-n+階躍恢復(fù)器件的典型I/V曲線如圖6所示。通過器件的電壓表示受壓端—連接到器件的輸入/輸出的引線39A和接地端—連接到地/電源的引線39B之間的電勢(shì)差。當(dāng)階躍恢復(fù)器件上的電壓增加到超過雪崩擊穿電壓VAB時(shí)，受壓的n+-p結(jié)毀掉，雪崩擊穿發(fā)生，電流開始優(yōu)選的從受壓的有源區(qū)流向襯底區(qū)域30內(nèi)的高摻雜固定區(qū)。雪崩擊穿電壓VAB一般被認(rèn)為是階躍恢復(fù)器件的擊穿電壓。電流進(jìn)一步增加，引起了在雪崩擊穿區(qū)域內(nèi)的相應(yīng)的電壓增加，該雪崩擊穿區(qū)域由部分72代表。一旦達(dá)到由電壓Vt1和電流It1表征的觸發(fā)點(diǎn)時(shí)，階躍恢復(fù)器件就會(huì)跳回雙極模式，即接地的，沒有受壓的p-n二極管變得正向偏置或者“開啟”，該器件能夠在一個(gè)諸如階躍恢復(fù)電壓VSB的降低了的電壓下疏導(dǎo)額外電流。部分76表示階躍恢復(fù)器件的雙極階躍恢復(fù)模式。在部分76所表示的電流增加周期，階躍恢復(fù)器件實(shí)質(zhì)上是作為n-p-n雙極晶體管功能，電流從n+到p到n+?？梢跃S持雙極行為的最低電壓被稱為階躍恢復(fù)電壓VSB。本發(fā)明的有界階躍恢復(fù)器件的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它能夠在損傷有源器件之前，疏導(dǎo)額外電流，如部分76所示。在達(dá)到由Vt2和It2共同表征的損傷點(diǎn)之后，器件發(fā)生損傷，器件在由該曲線的部分78代表的區(qū)域內(nèi)發(fā)生損傷。另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是擊穿電壓降低。
本發(fā)明改良的半導(dǎo)體膜界定階躍恢復(fù)器件包括一個(gè)雪崩擊穿電壓VAB和一個(gè)觸發(fā)點(diǎn)電壓Vt1，優(yōu)選的，這兩個(gè)電壓均低于功能器件的有源電子元件的擊穿電壓，并且階躍恢復(fù)器件在雙極模式時(shí)能夠疏導(dǎo)增大的電流。這樣，在集成電路的功能或者有源部件被例如ESD的事件損傷之前，發(fā)生階躍恢復(fù)，額外的電流可以通過階躍恢復(fù)器件在一個(gè)相對(duì)低的電壓下被疏導(dǎo)。圖6也顯示損傷點(diǎn)電壓Vt2大于觸發(fā)點(diǎn)電壓Vt1。這就保證了當(dāng)多個(gè)階躍恢復(fù)器件并聯(lián)，第一階躍恢復(fù)器件被觸發(fā)到階躍恢復(fù)模式時(shí)，在由于第一階躍恢復(fù)器件上超過電壓Vt2而發(fā)生器件損傷之前，其它的階躍恢復(fù)器件會(huì)同時(shí)到達(dá)它們的觸發(fā)點(diǎn)，并且跳回雙極晶體管模式。
本發(fā)明的階躍恢復(fù)器件可以被包括在任何采用任何工藝技術(shù)形成的集成電路器件中。該階躍恢復(fù)器件可以通過任何適當(dāng)?shù)墓に嚰夹g(shù)形成。本發(fā)明的階躍恢復(fù)器件可以具體的用于例如采用STI(淺溝隔離)技術(shù)形成的0.2微米CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)器件設(shè)計(jì)中。階躍恢復(fù)器件可以在形成在體半導(dǎo)體襯底、或者3.2微米或者5微米的外延襯底上的器件中形成。在典型實(shí)施例中，階躍恢復(fù)器件可以包含在能承受5伏特電壓的緩沖部分內(nèi)。本發(fā)明的階躍恢復(fù)器件可以通過各種總線或者其它連接技術(shù)連接到I/O端和其它半導(dǎo)體器件上。
前面僅僅闡述了本發(fā)明的原理。由此可以理解，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠設(shè)計(jì)出各種結(jié)構(gòu)，盡管這里沒有明確的描述或者顯示，但是這些結(jié)構(gòu)是本發(fā)明的原理的具體化，并且包含在其范圍和精神內(nèi)。而且，這里引用的所有的例子和條件語(yǔ)言原則上只被清楚的規(guī)定為教授目的和幫助理解本發(fā)明的原理和本發(fā)明者所提出的促進(jìn)本技術(shù)領(lǐng)域的概念，并且將被解釋為不僅限于這些引用的例子和條件。然而，這里引用的本發(fā)明原理、形狀、和實(shí)施例的闡述，和它們的具體例子，都被規(guī)定為同時(shí)包含它們的結(jié)構(gòu)和功能等價(jià)物。另外，我們認(rèn)為，這些等價(jià)物包括當(dāng)前已知的等價(jià)物和將來發(fā)展的等價(jià)物，即，無論結(jié)構(gòu)怎樣，任何實(shí)現(xiàn)相同功能的元件。因此，本發(fā)明的范圍沒有規(guī)定為僅限于這里顯示和描述的的典型實(shí)施例，相反，本發(fā)明的范圍和精神由未決的權(quán)利要求書來體現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種形成在半導(dǎo)體器件中的半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)，包括形成在一個(gè)襯底表面的多個(gè)有源區(qū)，每個(gè)有源區(qū)中包含第一極性的摻雜雜質(zhì)，所述多個(gè)有源區(qū)空間上隔離開，并且在有源區(qū)之間包含襯底區(qū)域，該襯底區(qū)域包括相反極性的摻雜雜質(zhì)，每個(gè)有源區(qū)由所述有源區(qū)和所述襯底區(qū)域之間形成界面的邊緣來界定；第一覆蓋膜覆蓋所述多個(gè)有源區(qū)的第一有源區(qū)，第二覆蓋膜覆蓋第二有源區(qū)，各個(gè)覆蓋膜與所述對(duì)應(yīng)的有源區(qū)通過二者之間插入的介質(zhì)膜隔離開，并且，由導(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料中的一種形成；第一導(dǎo)電膜通過第一多個(gè)接觸開孔與所述第一有源區(qū)電連接，通過至少一個(gè)第一開口連接到所述第一覆蓋膜，并連接到所述半導(dǎo)體器件的輸入/輸出端，和第二導(dǎo)電膜通過第二多個(gè)接觸開孔與所述第二有源區(qū)電連接，通過至少一個(gè)第二開口連接到所述第二覆蓋膜，并連接到電源和電線源中的至少一個(gè)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中所述多個(gè)有源區(qū)的每一個(gè)形成在所述襯底區(qū)域內(nèi)，并且被所述襯底區(qū)域從側(cè)面和下面包圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)覆蓋膜進(jìn)一步擴(kuò)展到部分所述襯底區(qū)域上，并且與所述襯底區(qū)域的所屬部分電學(xué)絕緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括其它如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)和所述其它半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)電學(xué)上并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體器件包括集成電路，該集成電路在其中包括多個(gè)有源區(qū)，并且所述半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)和所述其它半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)中每一個(gè)均包括一個(gè)擊穿電壓，該擊穿電壓低于相關(guān)所述有源器件單元的擊穿電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中所述半導(dǎo)體器件包括一個(gè)集成電路，該集成電路在其中包括多個(gè)有源區(qū)，并且在靜電事件引起所述多個(gè)有源器件單元損傷之前，所述半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)和所述其它半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)均跳回雙極運(yùn)行模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述覆蓋膜包含多晶硅，并且所述襯底由硅形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述有源區(qū)包含n型摻雜區(qū)域，并且所述襯底區(qū)域包含p型摻雜區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)有源區(qū)的摻雜濃度大于所述襯底區(qū)域的平均摻雜濃度。
10.一種半導(dǎo)體保護(hù)電路，包括在半導(dǎo)體器件的緩沖部分所包含的n-p-n雙極晶體管，所述n-p-n雙極晶體管包括具有多晶硅膜的每一個(gè)n型摻雜區(qū)域，該多晶硅膜至少部分覆蓋所述的n摻雜區(qū)域并且由介質(zhì)膜從那里隔開，各個(gè)多晶硅膜電連接到對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電膜上，該導(dǎo)電膜進(jìn)一步連接到所述各自的n摻雜區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的半導(dǎo)體保護(hù)結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)所述n摻雜區(qū)域電連接到所述半導(dǎo)體器件的輸入/輸出端和地中的一個(gè)上，并且其它n摻雜區(qū)域電連接到所述輸入/輸出端和地中的另外一個(gè)上。
全文摘要
一種階躍恢復(fù)器件用作半導(dǎo)體保護(hù)電路以防止由于諸如靜電放電和類似的事件引起的對(duì)集成電路的損傷。一旦此階躍恢復(fù)器件在達(dá)到觸發(fā)點(diǎn)之后跳回到雙極運(yùn)行模式，它能夠在一個(gè)降低了的電壓下疏導(dǎo)極大的電流。該階躍恢復(fù)器件具有低擊穿電壓的優(yōu)勢(shì)，這使得在由于超過有源電路部件的擊穿電壓而使它們發(fā)生損傷之前，階躍恢復(fù)器件跳回到雙極工作模式。該階躍恢復(fù)器件包括形成在p－阱襯底區(qū)域內(nèi)的n
文檔編號(hào)H01L21/70GK1427477SQ02157198
公開日2003年7月2日 申請(qǐng)日期2002年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月19日
發(fā)明者羅伯特·A·阿什頓, 耶虎達(dá)·斯穆哈 申請(qǐng)人:艾格瑞系統(tǒng)有限公司