CN102456662A - 高电压电阻器 - Google Patents

高电压电阻器 Download PDF

Info

Publication number
CN102456662A
CN102456662A CN2011103071541A CN201110307154A CN102456662A CN 102456662 A CN102456662 A CN 102456662A CN 2011103071541 A CN2011103071541 A CN 2011103071541A CN 201110307154 A CN201110307154 A CN 201110307154A CN 102456662 A CN102456662 A CN 102456662A
Authority
CN
China
Prior art keywords
doped region
resistor
semiconductor device
heavily
interconnection structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011103071541A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102456662B (zh
Inventor
郑志昌
柳瑞兴
姚智文
苏如意
杨富智
蔡俊琳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Publication of CN102456662A publication Critical patent/CN102456662A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102456662B publication Critical patent/CN102456662B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66083Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
    • H01L29/66166Resistors with PN junction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/5228Resistive arrangements or effects of, or between, wiring layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0288Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using passive elements as protective elements, e.g. resistors, capacitors, inductors, spark-gaps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/0802Resistors only
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

提供了一种半导体器件。所述半导体器件包括电阻器和电压保护器件。所述电阻器具有螺旋形状。所述电阻器具有第一部分和第二部分。所述电压保护器件包括与所述电阻器的所述第一部分电连接的第一掺杂区域。所述电压保护器件包括与所述电阻器的所述第二部分电连接的第二掺杂区域。所述第一和第二掺杂区域具有相反的掺杂极性。

Description

高电压电阻器
技术领域
本发明涉及一种半导体器件。更具体的,本发明涉及电阻器和电压保护器件。
背景技术
半导体集成电路(IC)已经经历了快速增长。IC材料和设计的技术进步产生了IC代其中每一代都比上一代具有更小和更复杂的电路。然而这些进步增加了加工和制造IC的复杂性,因此为了实现这些进步需要IC加工和制造方面的相似进步。在IC发展过程中,功能密度(如每芯片面积上的互连器件数量)普遍增加而几何尺寸(如使用制造工艺可创造的最小元件)减少了。
可在半导体晶圆上制造各种类型的无源电路元件。例如,可使用金属层中的一个或多个金属线形成电阻器。然而,半导体晶圆上的传统电阻器不能承受高电压,例如大于约100伏特的电压。同样,这些传统的电阻器缺乏设计准则而且可能缺少高效的布置。
因此,虽然对于预期目的来说,制造半导体电阻器件的现有方法能大体上充分,但是这些方法不是在每个方面都令人完全满意。
发明内容
针对现有技术的问题,本发明提供了一种半导体器件,包括:电阻器,具有螺旋形状,所述电阻器具有第一部分和第二部分;和电压保护器件,包括:与所述电阻器的所述第一部分电连接的第一掺杂区域;和与所述电阻器的所述第二部分电连接的第二掺杂区域,所述第一掺杂区和所述第二掺杂区域具有相反的掺杂极性。
根据本发明所述的半导体器件,其中:所述电阻器形成在互连结构的金属层中;以及所述电阻器包括多个弯道,所述弯道被基本均匀地间隔分离。
根据本发明所述的半导体器件,其中所述电阻器的所述第一部分和第二部分通过互连结构的通孔和金属线与所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域连接。
根据本发明所述的半导体器件,其中所述电阻器的所述第一部分和所述第二部分为所述电阻器的端部。
根据本发明所述的半导体器件,其中:所述电阻器的所述第一部分包括阴极端子;所述电阻器的所述第二部分包括阳极端子;将所述第一掺杂区域掺杂P-型掺杂剂并与所述阴极端子连接;以及将所述第二掺杂区域掺杂N-型掺杂剂并与所述阳极端子连接。
根据本发明所述的半导体器件,其中所述电压保护器件还包括:与所述第一掺杂区域的掺杂极性相同的第三掺杂区域,所述第三掺杂区域至少部分包围所述第二掺杂区域。
根据本发明所述的半导体器件,其中所述电压保护器件还包括:多晶硅器件,与所述电阻器的所述第一部分连接并置于至少一部分所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域上方,以及其中:所述多晶硅器件是置于在所述电压保护器件中的半导体晶体管的栅极;以及所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域的每一个都是所述半导体晶体管的源极和漏极之一。
根据本发明所述的半导体器件,其中所述电压保护器件还包括:第一重掺杂区域和第二重掺杂区域,置于所述第一掺杂区域中,所述第一重掺杂区域和第二重掺杂区域相反地掺杂并且每一个都与所述电阻器的所述第一部分连接;和第三重掺杂区域,置于所述第二掺杂区域中,所述第三重掺杂区域与所述电阻器的所述第二部分连接;其中所述第一重掺杂区域、所述第二重掺杂区域、和所述第三重掺杂区域的每一个都比所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域更重地掺杂。
根据本发明所述的半导体器件,其中所述第一掺杂区域包括部分延伸到所述第二掺杂区域内的部分。
根据本发明所述的一种半导体器件,包括:衬底,具有相反的第一掺杂区域和第二掺杂区域,所述第一掺杂区域至少部分地包围所述第二掺杂区域;互连结构,置于所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域上方,所述互连结构具有多个互连层;和螺旋形电阻器,置于所述互连层之一中,所述螺旋形电阻器具有第一段和第二段,其中:所述螺旋形电阻器的所述第一段与所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域之一连接;以及所述螺旋形电阻器的所述第二段与所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域的另一个连接。
根据本发明所述的半导体器件,其中:所述第一掺杂区域以大约环形的方式完全包围所述第二掺杂区域;所述螺旋形电阻器的所述第一段置于所述电阻器的外端附近并与所述第一掺杂区域电连接;以及所述螺旋形电阻器的所述第二段置于所述电阻器的内端附近并与所述第二掺杂区域电连接。
根据本发明所述的半导体器件,还包括:多晶硅器件,与所述电阻器的所述第一段和所述第二段电连接;以及其中:所述第一掺杂区域的一部分突入到所述第二掺杂区域中;以及所述多晶硅器件和所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域一起形成晶体管,所述多晶硅器件为栅极,所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域之一为源极,以及所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域的另一个为漏极。
根据本发明所述的半导体器件,其中:所述互连结构的所述互连层的每一个包括金属线;来自不同互连层的所述金属线通过通孔连接在一起;以及所述螺旋形电阻器的所述第一段和所述第二段通过一个或多个所述金属线和通孔与所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域连接。
根据本发明所述的一种方法,包括:在衬底中形成第一掺杂区域;在所述衬底中形成第二掺杂区域,所述第二掺杂区域与所述第一掺杂区域相反地掺杂且所述第一掺杂区域包围至少部分所述第二掺杂区域;以及在所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域上方形成互连结构,所述互连结构具有多个互连层;其中形成所述互连结构包括在所述多个互连层之一中形成电阻器,所述电阻器具有螺旋形状且具有分别与所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域连接的第一部分和第二部分。
根据本发明所述的方法,其中以某种方式实施所述第一掺杂区域的形成,使得所述第一掺杂区域形成在衬底的一部分中,所述部分与所述第一掺杂区域的掺杂相反。
根据本发明所述的方法,其中以某种方式实施所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域的形成,使得:所述第一掺杂区域包括至少部分地延伸到所述第二掺杂区域中的部分;以及从顶视观察到所述第一掺杂区域以大约环形的方式完全包围所述第二掺杂区域。
根据本发明所述的方法,还包括:形成部分地位于所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域上方的多晶硅器件;以及连接所述多晶硅器件到所述电阻器的所述第一部分。
根据本发明所述的方法,其中形成所述互连结构包括:在所述互连层中形成金属线;和形成互连所述金属线的通孔;以及其中:将所述电阻器的所述第一部分和所述第二部分通过所述金属线和通孔与所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域连接。
根据本发明所述的方法,其中以某种方式实施所述电阻器的形成,使得:所述电阻器包括多个基本上均匀间隔分离的弯道;所述电阻器的所述第一部分包括所述电阻器的外端部分;以及所述电阻器的所述第二部分包括所述电阻器的内端部分。
根据本发明所述的方法,在形成所述互连结构之前,还包括:在所述第一掺杂区域中形成第一重掺杂区域和第二重掺杂区域,所述第一重掺杂区域和所述第二重掺杂区域相反地掺杂而且分别具有大于所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域的掺杂浓度;以及在所述第二掺杂区域中形成第三重掺杂区域,所述第三重掺杂区域具有与所述第二掺杂区域相同的掺杂极性且具有比所述第二掺杂区域大的掺杂浓度;以及其中:所述电阻器的所述第一部分与所述第一重掺杂区域和所述第二重掺杂区域都连接;以及所述电阻器的所述第二部分与所述第三重掺杂区域连接。
附图说明
当结合附图进行阅读时,根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是,根据工业中的标准实践,各种部件没有被按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上,为了清楚的讨论,各种部件的数量和尺寸可以被任意增加或减少。
图1是根据本发明的各个方面,示出制造半导体器件的方法的流程图。
图2-图4是根据本发明的各个方面,示出处于各个制造阶段的一部分晶圆的示意性不完整横截面侧视图。
图5-图6是根据本发明的各个实施例,示出处于晶圆上的不同元件的示意性顶层视图。
具体实施方式
据了解为了实施本公开的不同部件,以下公开提供了许多不同的实施例或示例。以下描述元件和布置的特定示例以简化本公开。当然这些仅仅是示例并不打算限定。再者,以下描述中第一部件形成在第二部件上可包括其中第一和第二部件以直接接触形成的实施例,并且也可包括其中额外的部件形成插入到第一和第二部件中的实施例,使得第一和第二部件不直接接触。为了简明和清楚,可以任意地以不同的尺寸绘制各种部件。
图1是根据本发明的各个方面,示出方法20的流程图。方法20开始于方框22,其中在衬底中形成第一掺杂区。方法20继续到方框24,其中在衬底中形成第二掺杂区。第二掺杂区与第一掺杂区掺杂相反。第一掺杂区至少部分包围第二掺杂区。方法20继续到方框26,其中在第一和第二掺杂区上形成互连结构。互连结构具有多个互连层。互连结构的形成包括在其中一个互连层中形成电阻器。电阻器具有螺旋形且具有分别与第一和第二掺杂区连接的第一和第二部分。
图2-图4是根据本发明的实施例,示出处于制造的各个阶段的半导体晶圆的各个部分的示意性不完整横截面侧视图。图5-图6是根据本发明的实施例,示出晶圆上的各个元件的示意性不完整顶层视图。据了解为了更好地理解本发明的发明主旨简化了图2到图6。
参考图2,示出了一部分衬底50。使用P-型掺杂剂如硼掺杂衬底50。在另一个实施例中,可使用N-型掺杂剂如磷或砷掺杂衬底50。衬底50也可包括其它合适的元素半导体材料如金刚石或锗;合适的化合物半导体如碳化硅、或磷化铟;或合适的合金半导体如碳锗硅、磷砷镓、或磷铟镓。衬底50还包括能被应变以提高性能的外延层(外延层),和其可包括硅上绝缘体(SOI)结构。
通过掺杂衬底50的上部从而在衬底50中形成掺杂区60。以衬底50至少部分包围的方式形成掺杂区60。掺杂区60的掺杂极性与衬底50的掺杂极性相反。因此,在其中使用P-型掺杂剂掺杂衬底50的实施例中,随后使用N-型掺杂剂掺杂掺杂区60。可将掺杂区60称为漂移区域,例如当掺杂N-型掺杂剂时称为N-漂移区域。
也可在衬底50中形成掺杂区70。以将掺杂区70配置为邻近掺杂区60的方式形成掺杂区70。掺杂区70具有延伸到或突出到掺杂区60中的部分80。可将掺杂区70称为增强型主体区域,如当掺杂P-型掺杂剂时称为增强型P-主体区域。而且,虽然不能从图2示出的横截面侧视图中看到,但是从顶视图看出掺杂区70实际上以大约为环形的方式包围掺杂区60。
现参考图3,在掺杂区60中形成隔离结构90和91。图3中示出的实施例中,隔离机构90和91包括局部硅氧化(LOCOS)器件。可使用氮化物掩模和穿过掩模开口热生长氧化物材料形成LOCOS器件。可选地,隔离结构90和91可包括浅沟槽隔离(STI)器件或深沟槽隔离(DTI)器件。
然后在掺杂区60位于隔离结构90和91之间的部分中形成重掺杂区100。重掺杂区100具有与掺杂区60相同的掺杂极性但具有更重的掺杂浓度。例如,在其中掺杂区60为N-漂移区的实施例中,重掺杂区100为N+区。
也在掺杂区70的上部中形成重掺杂区110和111。重掺杂区110具有与掺杂区70相同的掺杂极性但是具有更重的掺杂浓度。例如,在其中掺杂区70为P-主体区的实施例中,重掺杂区110为P+区。可将重掺杂区110称为体接触。重掺杂区111具有与掺杂区60相同(或与重掺杂区110相反)的掺杂极性但是具有更重的掺杂浓度。例如,在其中掺杂区60为N-漂移区的实施例中,重掺杂区域111为N+区。
将多晶硅器件120和121部分形成在隔离结构90-91上。多晶硅器件120可作为半导体晶体管器件的栅极发挥作用。掺杂区60可作为半导体器件的漏极区发挥作用,且掺杂区70可作为半导体器件的源极区发挥作用,或反之亦然。将半导体器件的沟道区置于掺杂区70的正好位于栅极120下面或下部的部分中。多晶硅器件121可作为“金属短路”器件发挥作用,其允许尖锐角附近的电场降低。
现参考图4,在掺杂区60和70以及隔离结构90-91上形成互连结构150。互连结构150包括提供设计电路、输入端/输出端、和各个掺杂部件如掺杂区60、70和110-111之间互连(如线路)的多个图案化的介电层和传导层。
更详细地说,互连结构150可包括多个互连层,也称为金属层。每个互连层包括多个互连部件,也称为金属线。金属线可为铝互连线或铜互连线,且可包括导电材料如铝、铜、铝合金、铜合金、铝/硅/铜合金、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、多晶硅、金属硅化物或其组合。可通过工艺包括物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、溅射、电镀或其组合形成金属线。
互连结构150包括提供互连层之间隔离的层间介质(ILD)。ILD可包括介电材料如低-k材料或氧化物材料。互连结构150也包括多个提供衬底上不同互连层和/或部件如掺杂区60、70和110-111之间电连接的通孔/触点。
将电阻器200形成在互连结构150的其中一个互连层中。电阻器200可与其它金属线同时形成在互连层中,且可包括与金属线相同的材料如铝或铜。
电阻器200具有大体上螺旋的形状且包括多个匝数或线圈。图4中示出了五个这种匝数/线圈的横截面视图且将其指定为210-214.,虽然据了解电阻器200可具有任何其它数量的匝数/线圈。将匝数/线圈210-214大约均匀地间隔分离。在实施例中,每个匝数/线圈210-214都具有在约0.5微米(um)到约2微米范围内的横向尺寸(或宽度),且相邻匝数/线圈之间的间隔在约0.5微米到约2微米的范围内。
在包含电阻器200的互连层上的互连层中形成连接端子220和221。例如,如果电阻器200形成在金属-1层中,那么连接端子220-221形成在金属-2层中。然而,据了解在可替换的实施例中可将连接端子220-221形成在其它互连层中。连接端子220-221可与互连层中的其它金属线同时形成,且可包括与金属线相同的材料如铝或铜。因此,也可将连接端子220-221当做金属线。
虽然不能从图4的横截面视图中看出,但是从顶层视图可看出连接端子220具有基本环形或环形形状且从顶层视图看出连接端子221具有基本圆环形状。为了简明和提供示例,图5-6分别示出了电阻器200和连接端子220以及221的实施例的顶层视图。
参考图5示出了电阻器200的实施例的顶层视图。如图所示,电阻器200具有基本螺旋的形状。从顶层视图看出,电阻器200为连续的金属线,但是概念上可将其切割成多个部分或段。可将端部230称为内(或内部)端部分/段,且可将端部231称为外(或外部)端/段。如果从折线的角度取横截面视图,可以观察到与图4的匝数/线圈相似的清晰匝数/线圈。
参考图6示出了连接端子220-221的实施例的顶层视图。如图所示,连接端子220具有基本环形或环形形状,且连接端子221具有基本圆环形状。如果从折线的角度取横截面视图,则可以观察到图4中示出的连接端子220-221。
再重新参考图4,使用连接终端端子220和221给电阻器200施加电压。因此,连接终端端子220要么为阳极终端端子或阴极终端端子,且连接终端端子221反之亦然。在其中掺杂区60为N-型且掺杂区70为P-型的实施例中,连接终端端子220为阳极终端端子,而连接终端端子221为阴极终端端子。在其中掺杂区60为P-型且掺杂区70为N-型的实施例中,连接终端端子220为阴极终端端子,而连接终端端子221为阳极终端端子。
可将每个连接端子220-221与电阻器200的任何匝数/线圈连接。在实施中,将连接端子220与匝数/线圈214的端部或尖端部分连接,且将连接端子221与匝数/线圈210的端部或尖端部分连接。换句话说,将连接端子220连接到与端部230(图5的顶层视图中示出)相似的端部上,且将连接端子221连接到与端部231(图5的顶层视图中示出)相似的端部上。
通过调整连接端子220-221与电阻器200的各个匝数/线圈之间的连接点,可获得电阻器200的不同电阻值。例如,如果将连接端子220与匝数213-214都(或只有匝数/线圈213)连接,而连接端子与匝数/线圈210连接,则获得电阻器200的较小电阻。这是因为有效地降低了电阻器200的总距离(与电阻直接相关)。因此,可使用连接端子220-221的连接方式为电压分割任务实施各种电阻分割器。
如上所述,通过掺杂区60和70以及多晶硅器件120形成半导体晶体管器件。所述半导体晶体管器件能承受高电压。为了参考的方便和为了简化,将互连结构150下的各个区整体称为高电压保护器件250。
将连接端子220与重掺杂区100(因此与掺杂区60)和多晶硅器件121连接。将连接端子221与重掺杂区110-111(因此与掺杂区70)和多晶硅器件120连接。换句话说,将连接端子220与高压保护器件250的漏极连接,且将连接端子221与高压保护器件250的栅极和源极连接。
由于连接端子220-221也分别与电阻器的相反端连接,因此可以说电阻器200与高压保护器件250互相平行电连接。即电流要么流经电阻器200或要么流经高电压保护器件250。因此,如果将高压(例如大于100伏特的电压)施加给电阻器200,那么得到的电流的一部分可能会绕过电阻器200,取而代之的是流经高电压保护器件250。结果,较少量的电流流经电阻器200。
降低的电流减少了电阻器200上的压力,从而降低了电阻器200的损伤风险。通过这种方式,高电压保护器件250有效地增加了电阻器200可承受的电压阈值。例如,电阻器200可以承受高达600伏特(或更高)的电压而不会损坏。因此,本发明的实施例提供的多个优点的其中之一为承受高电压的能力。然而,据了解不同的实施例可能提供不同的优点,且没有特定的优点被所有的实施例需要。
本发明的实施例提供的另一个优点是电阻器200的螺旋形状降低了高浓度电场的存在。传统的电阻器可具有尖角或急转弯。环绕这些区域的电场通常很强,比环绕电阻器其它地方的电场强得多。这意味着电阻器的这些角区域更快地出现故障,因为它们通常受到这些强电场的影响。比较之下,这些电阻器200具有螺旋形状且不具有尖角或急转弯。换句话说,整个电阻器200是“平滑的形状”。因此,可更均匀地分配电场且电场不会很强,从而降低了在电阻器200的任何特定区域中的出现故障的可能性。
另外,与传统的电阻器设计相比,电阻器200的螺旋形状有助于节省芯片有效面积。在一些实施例中,芯片有效面积可节省到75%。这意味着增加了堆积密度,其降低了制造成本。进一步,上述工艺与现存制造工艺兼容,因此可以容易地将它们整合到现有制造工艺中。
本发明的宽泛形式之一包括具有电阻器和电压保护器件的半导体器件。电阻器具有螺旋形状。电阻器具有第一部分和第二部分。电压保护器件包括与电阻器的第一部分电连接的第一掺杂区。电压保护器件包括与电阻器的第二部分电连接的第二掺杂区域。第一和第二掺杂区域具有相反的掺杂极性。
本发明的另一个宽泛形式包括具有衬底的半导体器件,所述衬底具有相反地第一和第二掺杂区域。第一掺杂区域至少部分包围第二掺杂区域。半导体器件包括置于第一和第二掺杂区域上的互连结构。互连结构具有多个互连层。半导体器件包括置于多个互连层其中之一中的螺旋形电阻器。螺旋形电阻器具有第一和第二段。其中:螺旋形电阻器的第一段与第一和第二掺杂区其中之一连接,且螺旋电阻器的第二段与第一和第二掺杂区其中的另一个连接。
本发明的又一宽泛形式包括一种方法。所述方法包括:在衬底中形成第一掺杂区;在衬底中形成第二掺杂区,与第一掺杂区域相反地掺杂第二掺杂区域且第一掺杂区域包围至少部分第二掺杂区域;且在第一和第二掺杂区域上形成互连结构,互连结构具有多个互连层。其中形成互连结构包括在多个互连层其中之一中形成电阻器,电阻器具有螺旋形形状且具有分别与第一和第二掺杂区连接的第一和第二部分。
上面论述了若干实施例的部件,使得本领域普通技术人员可以更好地理解以下的详细描述。本领域普通技术人员应该理解,可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他用于达到与这里所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的处理和结构。本领域普通技术人员也应该意识到,这种等效构造并不背离本发明的精神和范围,并且在不背离本发明的精神和范围的情况下,可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种半导体器件,包括:
电阻器,具有螺旋形状,所述电阻器具有第一部分和第二部分;和
电压保护器件,包括:
与所述电阻器的所述第一部分电连接的第一掺杂区域;和
与所述电阻器的所述第二部分电连接的第二掺杂区域,所述第一掺杂区和所述第二掺杂区域具有相反的掺杂极性。
2.根据权利要求1所述的半导体器件,其中:
所述电阻器形成在互连结构的金属层中;以及
所述电阻器包括多个线圈,所述线圈被基本均匀地间隔分离。
3.根据权利要求1所述的半导体器件,其中所述电阻器的所述第一部分和所述第二部分通过互连结构的通孔和金属线与所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域连接。
4.根据权利要求1所述的半导体器件,其中所述电阻器的所述第一部分和所述第二部分为所述电阻器的端部。
5.根据权利要求1所述的半导体器件,其中:
所述电阻器的所述第一部分包括阴极端子;
所述电阻器的所述第二部分包括阳极端子;
所述第一掺杂区域掺杂有P-型掺杂剂并与所述阴极端子连接;以及
所述第二掺杂区域掺杂有N-型掺杂剂并与所述阳极端子连接。
6.根据权利要求1所述的半导体器件,其中所述电压保护器件还包括:与所述第一掺杂区域的掺杂极性相同的第三掺杂区域,所述第三掺杂区域至少部分包围所述第二掺杂区域。
7.根据权利要求1所述的半导体器件,其中所述电压保护器件还包括:多晶硅器件,与所述电阻器的所述第一部分连接并置于至少一部分所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域上方;
以及其中:
所述多晶硅器件是置于在所述电压保护器件中的半导体晶体管的栅极;以及
所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域的每一个都是所述半导体晶体管的源极和漏极之一。
8.根据权利要求1所述的半导体器件,其中所述电压保护器件还包括:
第一重掺杂区域和第二重掺杂区域,置于所述第一掺杂区域中,所述第一重掺杂区域和所述第二重掺杂区域相反地掺杂并且每一个都与所述电阻器的所述第一部分连接;和
第三重掺杂区域,置于所述第二掺杂区域中,所述第三重掺杂区域与所述电阻器的所述第二部分连接;
其中所述第一重掺杂区域、所述第二重掺杂区域、和所述第三重掺杂区域的每一个都比所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域更重地掺杂。
9.一种半导体器件,包括:
衬底,具有相反的第一掺杂区域和第二掺杂区域,所述第一掺杂区域至少部分地包围所述第二掺杂区域;
互连结构,置于所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域上方,所述互连结构具有多个互连层;和
螺旋形电阻器,置于所述互连层之一中,所述螺旋形电阻器具有第一段和第二段;
其中:
所述螺旋形电阻器的所述第一段与所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域之一连接;以及
所述螺旋形电阻器的所述第二段与所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域的另一个连接。
10.一种方法,包括:
在衬底中形成第一掺杂区域;
在所述衬底中形成第二掺杂区域,所述第二掺杂区域与所述第一掺杂区域相反地掺杂且所述第一掺杂区域包围至少部分所述第二掺杂区域;以及
在所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域上方形成互连结构,所述互连结构具有多个互连层;
其中形成所述互连结构包括在所述多个互连层之一中形成电阻器,所述电阻器具有螺旋形状且具有分别与所述第一掺杂区域和所述第二掺杂区域连接的第一部分和第二部分。
CN201110307154.1A 2010-10-15 2011-10-11 高电压电阻器 Active CN102456662B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/905,840 2010-10-15
US12/905,840 US8587073B2 (en) 2010-10-15 2010-10-15 High voltage resistor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102456662A true CN102456662A (zh) 2012-05-16
CN102456662B CN102456662B (zh) 2014-02-19

Family

ID=45933403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110307154.1A Active CN102456662B (zh) 2010-10-15 2011-10-11 高电压电阻器

Country Status (3)

Country Link
US (2) US8587073B2 (zh)
KR (1) KR101247696B1 (zh)
CN (1) CN102456662B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103633083A (zh) * 2012-08-15 2014-03-12 上海华虹宏力半导体制造有限公司 形成超高耐压电阻的版图结构
CN106158972A (zh) * 2015-09-03 2016-11-23 珀尔微斯电子有限公司 制造高压功率场效应管的系统及方法
CN110828418A (zh) * 2018-08-09 2020-02-21 富士电机株式会社 模拟元件以及检查电阻元件不良的方法
CN111584482A (zh) * 2019-02-19 2020-08-25 半导体元件工业有限责任公司 半导体器件和形成半导体器件的电阻器的方法

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8587073B2 (en) 2010-10-15 2013-11-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. High voltage resistor
US8878330B2 (en) * 2011-08-04 2014-11-04 Texas Instruments Incorporated Integrated high voltage divider
US8872273B2 (en) 2011-08-04 2014-10-28 Texas Instruments Incorporated Integrated gate controlled high voltage divider
US8624322B1 (en) * 2012-07-17 2014-01-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. High voltage device with a parallel resistor
US9888325B2 (en) 2014-04-01 2018-02-06 Robert Bosch Gmbh Doped substrate regions in MEMS microphones
DE102017120574B4 (de) * 2017-06-30 2022-05-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. Hochspannungs-widerstandsbauelement
US10297661B2 (en) * 2017-06-30 2019-05-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. High voltage resistor device
US10535730B2 (en) * 2017-09-28 2020-01-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. High voltage metal-oxide-semiconductor (HVMOS) device integrated with a high voltage junction termination (HVJT) device
DE102018110579B4 (de) * 2017-09-28 2022-12-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. Ltd. Hochspannungs-metall-oxid-halbleitervorrichtung (hvmos-vorrichtung) integriert mit einer hochspannungs-übergangsabschlussvorrichtung (hvjt- vorrichtung)
US10679987B2 (en) 2017-10-31 2020-06-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Bootstrap metal-oxide-semiconductor (MOS) device integrated with a high voltage MOS (HVMOS) device and a high voltage junction termination (HVJT) device
JP7180359B2 (ja) * 2018-12-19 2022-11-30 富士電機株式会社 抵抗素子
US20210407935A1 (en) * 2020-06-30 2021-12-30 GLOBALFOUNDRIES U.S.Inc. Semiconductor transistors suitable for radio-frequency applications
US11398557B2 (en) * 2020-08-18 2022-07-26 Vanguard International Semiconductor Corporation Semiconductor device
US11588028B2 (en) 2021-01-15 2023-02-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Shielding structure for ultra-high voltage semiconductor devices
TWI796110B (zh) * 2022-01-21 2023-03-11 新唐科技股份有限公司 高壓防護電路與其電路系統

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5382826A (en) * 1993-12-21 1995-01-17 Xerox Corporation Stacked high voltage transistor unit
US6680515B1 (en) * 2000-11-10 2004-01-20 Monolithic Power Systems, Inc. Lateral high voltage transistor having spiral field plate and graded concentration doping
CN1819149A (zh) * 2005-01-25 2006-08-16 半导体元件工业有限责任公司 高压传感器装置及其方法
US20090039424A1 (en) * 2007-08-10 2009-02-12 Chao-Yuan Su High-voltage mos transistor device

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US32011A (en) * 1861-04-09 Coffee-pot
US6110804A (en) * 1996-12-02 2000-08-29 Semiconductor Components Industries, Llc Method of fabricating a semiconductor device having a floating field conductor
JP2004180281A (ja) * 2002-11-13 2004-06-24 Renesas Technology Corp 直交ミキサ回路及びそれを用いた携帯端末
US7196397B2 (en) * 2004-03-04 2007-03-27 International Rectifier Corporation Termination design with multiple spiral trench rings
US20080029782A1 (en) * 2006-08-04 2008-02-07 Texas Instruments, Inc. Integrated ESD protection device
US7557413B2 (en) * 2006-11-10 2009-07-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Serpentine ballasting resistors for multi-finger ESD protection device
US7719076B2 (en) * 2007-08-10 2010-05-18 United Microelectronics Corp. High-voltage MOS transistor device
US8624295B2 (en) * 2008-03-20 2014-01-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. SRAM devices utilizing strained-channel transistors and methods of manufacture
US20110062554A1 (en) * 2009-09-17 2011-03-17 Hsing Michael R High voltage floating well in a silicon die
US8598637B2 (en) * 2009-09-18 2013-12-03 Monolithic Power Systems, Inc. High voltage junction field effect transistor with spiral field plate
JP5012978B2 (ja) 2009-09-30 2012-08-29 株式会社デンソー 半導体装置およびその製造方法
US8704312B2 (en) 2010-01-05 2014-04-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. High voltage devices and methods of forming the high voltage devices
US8587073B2 (en) 2010-10-15 2013-11-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. High voltage resistor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5382826A (en) * 1993-12-21 1995-01-17 Xerox Corporation Stacked high voltage transistor unit
US6680515B1 (en) * 2000-11-10 2004-01-20 Monolithic Power Systems, Inc. Lateral high voltage transistor having spiral field plate and graded concentration doping
CN1819149A (zh) * 2005-01-25 2006-08-16 半导体元件工业有限责任公司 高压传感器装置及其方法
US20090039424A1 (en) * 2007-08-10 2009-02-12 Chao-Yuan Su High-voltage mos transistor device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103633083A (zh) * 2012-08-15 2014-03-12 上海华虹宏力半导体制造有限公司 形成超高耐压电阻的版图结构
CN103633083B (zh) * 2012-08-15 2016-06-08 上海华虹宏力半导体制造有限公司 形成超高耐压电阻的版图结构
CN106158972A (zh) * 2015-09-03 2016-11-23 珀尔微斯电子有限公司 制造高压功率场效应管的系统及方法
CN110828418A (zh) * 2018-08-09 2020-02-21 富士电机株式会社 模拟元件以及检查电阻元件不良的方法
CN111584482A (zh) * 2019-02-19 2020-08-25 半导体元件工业有限责任公司 半导体器件和形成半导体器件的电阻器的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US8587073B2 (en) 2013-11-19
US20140057407A1 (en) 2014-02-27
CN102456662B (zh) 2014-02-19
US9224827B2 (en) 2015-12-29
KR101247696B1 (ko) 2013-03-26
US20120091529A1 (en) 2012-04-19
KR20120039450A (ko) 2012-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102456662B (zh) 高电压电阻器
CN103065967B (zh) 高电压装置
TWI692876B (zh) 高電壓電阻器裝置及其形成方法
CN104241347B (zh) 半导体装置
TWI413217B (zh) 具矽鍺之可程式熔線
CN102832211B (zh) 具有pin二极管隔离的高压电阻器
CN102769014B (zh) 具有偏置阱的高压电阻器
JP2018182324A (ja) 静電放電保護構造を含む半導体デバイス
CN102915997A (zh) 具有高电压结终端的高电压电阻器
CN105633073B (zh) 竖直集成的半导体器件和制造方法
WO2011102923A1 (en) Integrated hall effect element having a germanium hall plate
CN105470255A (zh) 半导体器件及其制造方法
CN107046057A (zh) 半导体器件及其制造方法
EP2827373B1 (en) Protection device and related fabrication methods
TW200950085A (en) Field effect transistor
US6818950B1 (en) Increasing switching speed of geometric construction gate MOSFET structures
CN114068480A (zh) 半导体元件及其制备方法
CN103296004B (zh) 一种反熔丝元件及其制造方法
US9741805B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the semiconductor device
EP2725615B1 (en) Semiconductor device comprising a diode and a bipolar transistor and method for producing such a device
JP2015233141A (ja) パワー半導体デバイス
JP2017168478A (ja) 半導体装置及びその製造方法
US20070290226A1 (en) Method for producing a semiconductor arrangement, semiconductor arrangement and its application
KR101686568B1 (ko) 과도 전압 억제 소자 및 그 제조 방법
CN109904117B (zh) 一种互连结构及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant