可控制保持電流的靜電放電裝置的製作方法
2023-09-23 20:35:35 2
專利名稱：可控制保持電流的靜電放電裝置的製作方法
技術領域：
本發明是關於一種靜電放電(ESD)裝置。特別是有關於一種具有寄生矽控整流器(SCR)結構與可控制保持電流的靜電放電裝置。
背景技術：
靜電放電裝置已普遍地應用於集成電路中，用以防止其因靜電破壞而燒毀。然而，由於具有寄生矽控整流器(SCR)結構的靜電放電裝置其先天的特性限制，閂鎖效應(latch-up effect)將無可避免。當該矽控整流器被觸發時，其可忍受大量電流，但該矽控整流器兩端所跨的電壓將折返至一低保持電壓。當該矽控整流器被閂鎖時，它將無法返回正常操作狀態，並失去靜電放電(ESD)裝置應有的功能。
因此，如何提升靜電放電裝置的閂鎖免疫力已成為當前設計靜電放電裝置的主要課題。因此，具有可控制保持電流以增進閂鎖免疫力的靜電放電裝置將為產業所渴求。
發明內容
本發明的目的是提供一種可控制保持電流的靜電放電裝置，在不需調整製程的情況下，可以依需求而決定靜電放電裝置的保持電流。
基於上述及其他目的，本發明提出一種可控制保持電流的靜電放電裝置，包括一P型基板、一N型井、一第一N+型摻雜區、一第一P+型摻雜區、一第二N+型摻雜區、一第二P+型摻雜區、一第三N+型摻雜區、一第一電極以及一第二電極。該N型井是形成於該P型基板中。該第一N+型摻雜區與該第一P+型摻雜區是形成於該N型井中，該第一N+型摻雜區與該第一P+型摻雜區之間的距離是為一第一距離。該第三N+型摻雜區形成於該P型基板中以及該N型井外，其中該第三N+型摻雜區與該N型井不相接觸。該第二P+型摻雜區是形成於該P型基板中以及該N型井外，其中該第二P+型摻雜區與該N型井不相接觸。該第二P+型摻雜區與該第三N+型摻雜區之間的距離是為一第二距離。該第二N+型摻雜區是配置於該第一P+型摻雜區與一第一場氧化層之間，其中該第二N+型摻雜區與該第三N+型摻雜區之間以該第一場氧化層相隔離。該第一電極是經由一第一電性導體連接該第一N+型摻雜區與該第一P+型摻雜區。該第二電極是經由一第二電性導體連接該第二P+型摻雜區與該第三N+型摻雜區。其中，藉由調整該第一距離與該第二距離，而決定靜電放電裝置的保持電流。
從另一觀點來看，本發明提出一種可控制保持電流的靜電放電裝置，包括一P型基板、一N型嵌入層、一N型井、一P型井、一第三P+型摻雜區、一第四N+型摻雜區、一第四P+型摻雜區、一第五N+型摻雜區、一第五P+型摻雜區、一第三電極以及一第四電極。該N型嵌入層是形成於P型基板中。該N型井是形成於N型嵌入層上。該P型井是形成於該N型嵌入層上並鄰接N型井。該第四N+型摻雜區與該第三P+型摻雜區是形成於該N型井中，其中該第三P+型摻雜區與該第四N+型摻雜區之間的距離為一第三距離。該第四P+型摻雜區與第五N+型摻雜區是形成於該P型井中，該第四P+型摻雜區與該第五N+型摻雜區之間的距離是為一第四距離。該第五P+型摻雜區是配置於該第五N+型摻雜區與一第四場氧化層之間，其中該第五P+型摻雜區與該第三P+型摻雜區之間是以該第四場氧化層相隔離。該第三電極是經由一第三電性導體連接該第四N+型摻雜區與該第三P+型摻雜區。該第四電極是經由一第四電性導體連接該第四P+型摻雜區與該第五N+型摻雜區。其中，藉由調整該第三距離與該第四距離，而決定靜電放電裝置的保持電流。
本發明因採用具有寄生矽控整流器(SCR)與可控制保持電流的靜電放電裝置，並且藉由調變P+型摻雜區與N+摻雜區之間的距離，實現此靜電放電裝置可調整的保持電流。因此，可以在不需改變集成電路製程的情況下，依需求決定靜電放電裝置的保持電流。
為讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1所示為本發明的實施例中一種具有寄生矽控整流器結構的靜電放電裝置的剖面側視圖。
圖2A-圖2D是繪示本發明實施例中用以控制靜電放電裝置的觸發電壓與保持電流的二個距離的局部剖面側視圖。
圖3所示為本發明實施例說明中靜電放電裝置的觸發電壓對保持電流的特性曲線圖。
圖4所示為本發明另一實施例中靜電放電裝置的剖面側視圖。
100、1100靜電放電裝置101N型嵌入層102P型基板104a、104b、104c、1204a、1204bN+型摻雜區
106、1106N型井202a、202b、1102a、1102b、1102cP+型摻雜區302第一電性導體304第二電性導體306介層窗插塞308焊墊310、1310場氧化層1108P型井d1第一距離d2第二距離IH保持電流VTG觸發電壓具體實施方式
以下將參照所附圖式而詳細說明本發明的實施範例。在下述實施例中，相同或相似的部件將以相同的元件符號表示。
下述實施例將說明本發明如何克服習知具有寄生矽控整流器結構的靜電放電裝置缺點，並同時減少集成電路的面積與製造成本。依照本發明的實施例，一靜電放電裝置是於一N型井中置放多個N+型摻雜區與多個P+型摻雜區。該多個N+型摻雜區與該多個P+型摻雜區彼此以相間方式連續排列構成一摻雜區串列。該摻雜區串列的兩端是為N+型摻雜區。部分P+型摻雜區與N+型摻雜區是經由導體連接至一第一電極。此連接至該第一電極的P+型摻雜區與N+型摻雜區的一第一間距是可調整的。藉由調整該第一間距，將可調變該靜電放電裝置的一觸發電壓與一保持電流。
該靜電放電裝置亦在該N型井外形成多個N+型摻雜區與多個P+型摻雜區，其中此P+型摻雜區與N+型摻雜區是經由導體連接至一第二電極。此連接至該第二電極的P+型摻雜區與N+型摻雜區的一第二間距亦是為可調整的。藉由調整該第二間距，將可調變該靜電放電裝置的該觸發電壓與該保持電流。
此外，該靜電放電裝置可形成於一焊墊(pad)下方，並且二者之間以金屬相互連接。由於該焊墊為一理想導體，從焊墊流至靜電放電裝置的電流可以充分分散，因此改善了該靜電放電裝置的效能。同時，因為該靜電放電裝置是形成於該焊墊下方，集成電路的面積與製造成本即可有效降低。
圖1繪示本發明的一實施例，說明具有寄生矽控整流器(SCR)結構與可控制保持電流的靜電放電(ESD)裝置100的剖面側視圖。請參照圖1，該靜電放電裝置100是形成於一P型基板102中，其包括一N型井106、一第一N+型摻雜區104a、一第一P+型摻雜區202a、一第二N+型摻雜區104b、一第三N+型摻雜區104c、一第二P+型摻雜區202b、以及一第一場氧化層(field oxides)310。當靜電放電裝置100為靜電現象所觸發時，相互連接的互補摻雜區(例如N+型摻雜區104a與P+型摻雜區202a)是操作於不同電壓準位。
如圖1所示，兩個等效電晶體與兩個內電阻形成靜電放電裝置100的等效矽控整流器(SCR)結構。其中，該第一P+型摻雜區202a、該N型井106與該P型基板102形成一等效電晶體，而該N型井106、該P型基板102與該第三N+型摻雜區104c則形成另一個等效電晶體。該第一場氧化層310是用以隔離該第二N+型摻雜區104b與該第三N+型摻雜區104c。一第一電極經由一第一電性導體302連接該第一N+型摻雜區104a與該第一P+型摻雜區202a。一第二電極是經由一第二電性導體304連接該第二P+型摻雜區202b與該第三N+型摻雜區104c。電性導體302與304可以金屬材質製作。於本實施例中，該第一電極是經由一介層窗插塞(via)306電性連接至一焊墊308，並將第二電極電性連接至一電源電壓端或一接地電壓端(未繪示)。熟習此技藝者亦可視其需要，改將該第二電極電性連接至焊墊308，並將該第一電極電性連接至該電源電壓端或該接地電壓端。當靜電電壓增大，流經靜電放電裝置100的瞬間電流便藉由內電阻使相互連接的互補摻雜區104a-202a之間以及104c-202b之間引發電壓差。互補摻雜區是表示不同型態的摻雜區，例如N型摻雜區與P型摻雜區。
如圖2A至圖2D所繪示，該第一N+型摻雜區104a與該第一P+型摻雜區202a之間的距離是為一第一距離d1，以及該第三N+型摻雜區104c與該第二P+型摻雜區202b之間的距離是為一第二距離d2。在此可以絕緣層(insulator)或僅以其主體(bulk)來界定該第一距離d1與該第二距離d2，以調變該靜電放電裝置100的保持電流。上述該第一N+型摻雜區104a與該第一P+型摻雜區202a之間的絕緣層可以是一第二場氧化層，而該第二P+型摻雜區202b與該第三N+型摻雜區104c之間的絕緣層可以是一第三場氧化層。
當該第一距離d1與該第二距離d2增加時，該兩個內電阻的阻值將會跟著增加，因而導致該靜電放電裝置100的保持電流變小。相反地，當該第一距離d1與該第二距離d2縮短時，該兩個內電阻的阻值將會跟著降低，因而提升靜電放電裝置100的保持電流。此外，該靜電放電裝置100的觸發電壓與保持電流將和該第一距離d1與該第二距離d2成反比關係。因此，可以在不需改變製程條件下，藉由調變該第一距離d1或該第二距離d2，設定該靜電放電裝置100的保持電流為特定值。例如，設定該第一距離d1與/或該第二距離d2為零，以擴大靜電放電裝置100的保持電流。此外，該靜電放電裝置100可以形成於該焊墊308下方，並且二者之間以金屬相互連接。因為該靜電放電裝置100是形成於該焊墊308下方，因此亦可節省製造成本。
依照本發明，圖2A至圖2D是繪示該第一N+型摻雜區104a與該第一P+型摻雜區202a之間的該第一距離d1，以及該第三N+型摻雜區104c與該第二P+型摻雜區202b之間的該第二距離d2的部分剖面側視圖。於圖2A中說明該第一距離d1與該第二距離d2均未配置場氧化層。圖2B是繪示該第一距離d1配置有該第二場氧化層，而該第二距離d2則未配置場氧化層。圖2C是繪示該第一距離d1未配置場氧化層，而該第二距離d2則配置有該第三場氧化層。圖2D是繪示該第一距離d1與該第二距離d2各自配置了該第二場氧化層與該第三場氧化層。藉由調變該第一距離d1與該第二距離d2，以改變該靜電放電裝置100的保持電流。當該第一距離d1與該第二距離d2增加時，該第一N+型摻雜區104a與該第一P+型摻雜區202a之間的內部電阻以及該第三N+型摻雜區104c與該第二P+型摻雜區202b之間的內部電阻都會跟著增加。該靜電放電裝置100的保持電流大小將隨著該第一距離d1與該第二距離d2的改變而呈反比線性變化。因此，針對不同的規格需求，而可以將該靜電放電裝置的保持電流設定成任意特定值，以增進閂鎖免疫力。
圖3是說明在不同條件下，該靜電放電裝置100的保持電流IH對觸發電壓VTG的特性曲線圖。其中VTG4＞VTG3＞VTG2＞VTG1，IH4＞IH3＞IH2＞IH1，當該第一距離d1或/與該第二距離d2減少時，特性曲線的觸發點將往D點移動，觸發電壓VTG與保持電流IH將隨之升高，因而提升該靜電放電裝置的閂鎖免疫力。反之，當該第一距離d1或/與第二距離d2增加時，特性曲線的觸發點將往A點移動，觸發電壓VTG與保持電流IH將隨之下降，因而降低該靜電放電裝置的閂鎖免疫力。由觸發點A、B、C、D呈線性關係可知，經由本發明調整該第一距離d1與該第二距離d2，保持電流IH可線性設定成任意特定值。亦即，當該第一距離d1與該第二距離d2減少時，該靜電放電裝置100的觸發電壓VTG將會提升，使得該靜電放電裝置100的保持電流IH更高。因此，可在不需調整製程條件情況下，增加該靜電放電裝置100的閂鎖免疫力。
圖4是依照本發明另一實施例繪示一靜電放電裝置1100的剖面側視圖。該靜電放電裝置1100是該靜電放電裝置100的互補結構，其表示本發明具有可控制保持電流特性的靜電放電裝置亦可以互補製程製造。
在該靜電放電裝置1100中，具有形成於一P型基板102中的一N型嵌入層101、形成於該N型嵌入層101上的一N型井1106與一P型井1108。該P型井1108可以藉由P型離子摻雜形成，或是直接以該P型基板102中由該N型嵌入層101與該N型井1106包圍的幾何區域形成。
圖4的該靜電放電裝置1100與圖1的該靜電放電裝置100是呈互補結構，因此兩者的等效電晶體極性便恰好相反。其中，一第三P+型摻雜區1102c、該N型井1106、該P型井1108與一第五N+型摻雜區1204a形成等效矽控整流器。一第三電極是經由一第三電性導體連接該第三P+型摻雜區1102c與一第四N+型摻雜區1204b。一第四電極是經由一第四電性導體連接一第五N+型摻雜區1204a與一第四P+型摻雜區1102a。於本實施例中，該第四電極經由一介層窗插塞306連接至一焊墊308，一第四場氧化層1310是用以隔離該第五P+型摻雜區1102b與該第三P+型摻雜區1102c。
於該靜電放電裝置1100中，該第三P+型摻雜區1102c與該第四N+型摻雜區1204b之間的距離為一第三距離，而該第五N+型摻雜區1204a與該第四P+型摻雜區1102a之間的距離為一第四距離。與前一實施例相似，在此亦可以分別配置(或不配置)一第五場氧化層與第六場氧化層用以界定該第三距離與該第四距離。因此，亦可在不需要改變製程條件下，藉由調變該第三距離或該第四距離，將該靜電放電裝置1100的保持電流設定為特定值。例如，設定該第三距離與/或該第四距離為零，以擴大靜電放電裝置1100的保持電流。此外，靜電放電裝置1100亦可以形成於焊墊308下方，並且二者之間以金屬相互連接。因為靜電放電裝置1100形成於焊墊308下方，因此亦可節省製造成本。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
權利要求
1.一種可控制保持電流的靜電放電裝置，其特徵在於其包括一P型基板；一N型井，形成於該P型基板中；一第一N+型摻雜區，是形成於該N型井中；一第一P+型摻雜區，是形成於該N型井中，該第一P+型摻雜區與該第一N+型摻雜區之間的距離是為一第一距離；一第二N+型摻雜區，是形成於該第一P+型摻雜區以及一第一場氧化層之間；一第三N+型摻雜區，形成於該P型基板中以及該N型井外，其中該第三N+型摻雜區與該N型井不相接觸，其中該第三N+型摻雜區是由該第一場氧化層與該第二N+型摻雜區相隔離；一第二P+型摻雜區，是形成於該P型基板中以及該N型井外，其中該第二P+型摻雜區與該N型井不相接觸，並且該第二P+型摻雜區與該第三N+型摻雜區之間的距離為一第二距離，其中藉由調整該第一距離與該第二距離，而決定該靜電放電裝置的一保持電流；一第一電極，其經由一第一電性導體連接該第一P+型摻雜區與該第一N+型摻雜區；以及一第二電極，其經由一第二電性導體連接該第三N+型摻雜區與該第二P+型摻雜區。
2.根據權利要求1所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的第一P+型摻雜區與該第一N+型摻雜區之間是以一第二場氧化層相隔離。
3.根據權利要求1所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的靜電放電裝置的該保持電流與該第一距離成反比關係。
4.根據權利要求3所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中設定該第一距離為零，以擴大該保持電流。
5.根據權利要求1所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的第二P+型摻雜區與該第三N+型摻雜區之間是以一第三場氧化層相隔離。
6.根據權利要求1所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的靜電放電裝置的該保持電流與該第二距離成反比關係。
7.根據權利要求6所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中設定該第二距離為零，以擴大該保持電流。
8.根據權利要求1所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的第一電性導體與該第二電性導體是為金屬。
9.根據權利要求1所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的第一P+型摻雜區與該第二N+型摻雜區二者相鄰接。
10.根據權利要求1所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的第一電極與該第二電極二者之一電性連接至一焊墊，並且二者的另一個電性連接至一電源電壓端或一接地電壓端。
11.根據權利要求10所述的靜電放電裝置，其特徵在於其是配置於該焊墊下方。
12.一種可控制保持電流的靜電放電裝置，其特徵在於其包括一P型基板；一N型嵌入層，是形成於該P型基板中；一N型並，是形成於該N型嵌入層上；一P型井，是形成於該N型嵌入層上並鄰接該N型井；一第三P+型摻雜區，是形成於該N型井中；一第四N+型摻雜區，是形成於該N型井中，其中該第三P+型摻雜區與該第四N+型摻雜區之間的距離為一第三距離；一第五N+型摻雜區，是形成於該P型井中；一第四P+型摻雜區，是形成於該P型井中，其中該第四P+型摻雜區與該第五N+型摻雜區之間的距離為一第四距離，其中藉由調整該第三距離與該第四距離，而決定該靜電放電裝置的一保持電流；一第五P+型摻雜區，是形成於該第五N+型摻雜區與一第四場氧化層之間，其中該第五P+型摻雜區與該第三P+型摻雜區之間以該第四場氧化層相隔離；一第三電極，其經由一第三電性導體連接該第四N+型摻雜區與該第三P+型摻雜區；以及一第四電極，其經由一第四電性導體連接該第四P+型摻雜區與該第五N+型摻雜區。
13.根據權利要求12所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的第三P+型摻雜區與該第四N+型摻雜區之間以一第五場氧化層相隔離。
14.根據權利要求12所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的靜電放電裝置的該保持電流與該第三距離成反比關係。
15.根據權利要求14所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中設定該第三距離為零，以擴大該保持電流。
16.根據權利要求12所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的第四P+型摻雜區與該第五N+型摻雜區之間以一第六場氧化層相隔離。
17.根據權利要求12所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的靜電放電裝置的該保持電流與該第四距離成反比關係。
18.根據權利要求17所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中設定該第四距離為零，以擴大該保持電流。
19.根據權利要求12所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的第三電性導體與該第四電性導體是為金屬。
20.根據權利要求12所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的第五N+型摻雜區與該第五P+型摻雜區相鄰接。
21.根據權利要求12所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的第三電極與該第四電極二者之一電性連接至一焊墊，並且二者的另一個電性連接至一電源電壓端或一接地電壓端。
22.根據權利要求21所述的靜電放電裝置，其特徵在於其是配置於該焊墊下方。
23.根據權利要求12所述的靜電放電裝置，其特徵在於其中所述的P型井是以P型離子摻雜形成，或直接以該P型基板中由該N型嵌入層與該N型井包圍的幾何區域形成。
全文摘要
一種具有寄生矽控整流器(SCR)結構與可控制保持電流的靜電放電(ESD)裝置。一第一N+型摻雜區與一第一P+型摻雜區之間的距離是為一第一距離。一第二P+型摻雜區與一第三N+型摻雜區之間的距離是為一第二距離。藉由調整該第一距離與該第二距離，可將該靜電放電裝置的一保持電流設定為特定值。該靜電放電裝置的該保持電流是與該第一距離、該第二距離成反比關係。
文檔編號H01L27/02GK1905185SQ200510087180
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月27日 優先權日2005年7月27日
發明者黃志豐, 楊大勇, 林振宇, 簡鐸欣 申請人:崇貿科技股份有限公司