CN102569294A - 提高静电保护器件维持电压的方法 - Google Patents
提高静电保护器件维持电压的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102569294A CN102569294A CN2012100482058A CN201210048205A CN102569294A CN 102569294 A CN102569294 A CN 102569294A CN 2012100482058 A CN2012100482058 A CN 2012100482058A CN 201210048205 A CN201210048205 A CN 201210048205A CN 102569294 A CN102569294 A CN 102569294A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- parasitic
- silicon
- electrostatic protection
- semiconductor
- protection device
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 66
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 66
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 62
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 claims abstract description 52
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 45
- JCALBVZBIRXHMQ-UHFFFAOYSA-N [[hydroxy-(phosphonoamino)phosphoryl]amino]phosphonic acid Chemical compound OP(O)(=O)NP(O)(=O)NP(O)(O)=O JCALBVZBIRXHMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
公开了一种提高静电保护器件维持电压的方法，包括：首先在半导体基底上制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的可控硅器件；然后在可控硅器件寄生晶体管反馈路径中嵌入半导体元件，用于抑制可控硅自身的正反馈，提升可控硅作为静电保护器件时的维持电压。本发明提供的一种提高静电保护器件维持电压的方法，在半导体基底上制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的可控硅器件，在可控硅器件寄生晶体管反馈路径中嵌入如二极管、二极管串、晶体管或MOS管等可抑制可控硅正反馈的半导体元件，抑制可控硅自身的正反馈，提升可控硅作为静电保护器件时的维持电压。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地说涉及一种提高静电保护器件维持电压的方法。
背景技术
静电在自然界时刻都存在，当芯片的外部环境或者芯片内部累积的静电荷，通过芯片的管脚流入或流出芯片内部时，瞬间产生的电流(峰值可达数安培)或电压，就会损坏集成电路，使芯片功能失效。在集成电路(IC)的整个生命周期中，从制造、封装、运输、装配，甚至在完成的IC产品中，都时刻面临着静电放电(ESD)的冲击。静电防护无论对于电子产品制造商还是消费者而言代价都很高。当人体能感觉到静电存在时，其产生的静电已经达到了数万伏特，足以损坏绝大部分的电子元器件。随着半导体行业的发展，特征尺寸进一步缩小，元件密度越来越大，电子元器件遭受静电损伤的可能性越来越大。所以，设计合格的静电保护是所有产业化电子器件的应有之义。
在功率放大器件中，VDMOS、LDMOS、IGBT等大功率器件可以承受高电压，其所需的静电保护器件的维持电压也相应增高。可控硅器件由于自身正反馈的特点，应用于静电保护领域时具有优异的静电保护性能，但是同样的原因其维持电压被限制在1～2V内难以提升。
发明内容
本发明的目的是，提供一种利用可控硅作为静电保护器件从而提高自身维持电压及静电保护性能的一种提高静电保护器件维持电压的方法。
本发明提供的一种提高静电保护器件维持电压的方法，包括：首先在半导体基底上制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的可控硅器件；
然后在可控硅器件寄生晶体管反馈路径中嵌入半导体元件，用于抑制可控硅自身的正反馈，提升可控硅作为静电保护器件时的维持电压。
进一步，所述半导体基底包括：
体硅或III-V族化合物半导体基底。
进一步，所述III-V族化合物的半导体基底包括：
GaN或GaAs的半导体基底。
进一步，所述具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的可控硅器件包括：
两个或两个以上的寄生晶体管形成正反馈。
进一步，所述可控硅器件寄生晶体管反馈路径包括：
两个或两个以上的寄生晶体管形成的相互间的正反馈路径。
进一步，所述半导体元件是具有电流或者电压负反馈效用的半导体元件，包括二极管、晶体管或MOS管，用于抑制抑制可控硅自身的正反馈。
本发明提供的一种提高静电保护器件维持电压的方法，在半导体基底上制成具有寄生PNPN、PNPNP、NPNPN结构的可控硅器件，在可控硅器件寄生晶体管反馈路径中嵌入如二极管、二极管串、晶体管或MOS管等可抑制可控硅正反馈的半导体元件，抑制可控硅自身的正反馈，提升可控硅作为静电保护器件时的维持电压。
附图说明
图1为本发明实施例提供的寄生MOS高维持电压可控硅器件的剖视图；
图2为图1所示结构的等效电路示意图；
图3为本发明另一实施例寄生二极管高维持电压可控硅器件的剖视图；
图4为图3所示结构的等效电路示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例作详细描述。
本发明提供的一种提高静电保护器件维持电压的方法，包括：首先在半导体基底上制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的可控硅器件；然后在可控硅器件寄生晶体管反馈路径中嵌入半导体元件，用于抑制可控硅自身的正反馈，提升可控硅作为静电保护器件时的维持电压。
其中，半导体基底包括：体硅及III-V族化合物的半导体基底，III-V族化合物的半导体基底包括GaN或GaAs等的半导体基底。具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的可控硅器件包括：两个或两个以上的寄生晶体管形成正反馈。控硅器件寄生晶体管反馈路径包括：两个或两个以上的寄生晶体管形成的相互间的正反馈路径。在可控硅器件的寄生晶体管反馈路径中嵌入的半导体元件是具有电流或者电压负反馈效用的半导体元件，包括二极管、晶体管或MOS管等，用于抑制抑制可控硅自身的正反馈。
把本发明提供的制备工艺制备的具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的可控硅应用在在静电防护领域时，通过此工艺提高了其维持器件工作在回滞区域所需的最小电压，减小了器件闩锁风险，提高了器件可靠性。
本发明提供的一种提高静电保护器件维持电压的方法，在半导体基底上制成具有寄生PNPN、PNPNP、NPNPN结构的可控硅器件，在可控硅器件寄生晶体管反馈路径中嵌入如二极管、二极管串、晶体管或MOS管等可抑制可控硅正反馈的半导体元件，抑制可控硅自身的正反馈，提升可控硅作为静电保护器件时的维持电压。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
实施例一：
如图1所示，本发明提供的一种提高静电保护器件维持电压的方法，首先在在半导体基底上形成PNPN结构的可控硅器件，在寄生PNP和NPN晶体管的正反馈路径上嵌入MOS管器件，抑制寄生PNP和NPN晶体管间的正反馈，提升此可控硅器件作为静电保护器件时的维持电压。例如，在体硅的P型半导体衬底或外延11上形成适当浓度的N阱12，并注入P型或N型杂质形成高浓度P+区域或高浓度N+区域，如图示连接在阳极和阴极间形成了PNPN的寄生结构。通过多晶栅13自对准形成嵌入的PMOS管，制成寄生MOS高维持电压可控硅器件。此MOS管能抑制寄生PNP和NPN晶体管间的正反馈，提升此可控硅器件作为静电保护器件时的维持电压。
如图2所示，寄生PNP晶体管22和寄生NPN晶体管23构成了可控硅的正反馈回路，阱电阻24为N阱寄生电阻，衬底电阻25为P衬底或外延的寄生电阻。当器件开启寄生PNP晶体管22和寄生NPN晶体管23工作时，寄生PNP晶体管22电流使得寄生NPN晶体管23基区电压升高，以致寄生NPN晶体管23集电极电流增加寄生PNP晶体管22基区电压下降，导致寄生PNP晶体管22基区集电极电流进一步增大，形成正反馈过程。嵌入寄生PMOS 21抑制了寄生NPN晶体管23的反馈过程，使得寄生PNP晶体管22与寄生NPN晶体管23开启并工作时所需的维持电压升高，得到高维持可控硅器件。
实施例二：
如图3所示，本发明提供的一种提高静电保护器件维持电压的方法，首先在在半导体基底上形成PNPN结构的可控硅器件，在寄生PNP和NPN晶体管的正反馈路径上嵌入二极管或二极管串，抑制寄生PNP和NPN晶体管间的正反馈，提升此可控硅器件作为静电保护器件时的维持电压。例如，在体硅的P型半导体衬底或外延11上形成适当浓度的N阱12，并注入P型或N型杂质形成高浓度P+区域或高浓度N+区域，如图所示连接在阳极和阴极间形成了PNPN的寄生结构。如图示连接制成嵌入二极管或二极管串的高维持电压可控硅，此二极管或二极管串能抑制寄生PNP和NPN晶体管间的正反馈，提升此可控硅器件作为静电保护器件时的维持电压。
如图4所示，寄生PNP晶体管42和寄生NPN晶体管43构成了可控硅的正反馈回路，阱电阻44为N阱寄生电阻，衬底电阻45为P衬底或外延的寄生电阻。当器件开启寄生PNP晶体管42和寄生NPN晶体管43工作时，寄生PNP晶体管42电流使得寄生NPN晶体管43基区电压升高，以致寄生NPN晶体管43集电极电流增加寄生PNP晶体管42基区电压下降，导致寄生PNP晶体管42基区集电极电流进一步增大，形成正反馈过程。嵌入二极管或二极管串41抑制了寄生NPN晶体管43的可控硅的正反馈过程，使得寄生PNP晶体管42与寄生NPN晶体管43开启并工作时所需的维持电压升高，得到高维持可控硅器件。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、工艺及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、工艺或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、工艺或步骤包含在其保护范围内。
Claims (6)
1.一种提高静电保护器件维持电压的方法，其特征在于，包括：
首先在半导体基底上制成具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的可控硅器件；
然后在可控硅器件寄生晶体管反馈路径中嵌入半导体元件，用于抑制可控硅自身的正反馈，提升可控硅作为静电保护器件时的维持电压。
2.如权利要求1所述的提高静电保护器件维持电压的方法，其特征在于，所述半导体基底包括：
体硅或III-V族化合物半导体基底。
3.如权利要求1所述的提高静电保护器件维持电压的方法，其特征在于，所述III-V族化合物的半导体基底包括：
GaN或GaAs的半导体基底。
4.如权利要求1所述的高维持电压可控硅器件，其特征在于，所述具有寄生PNPN、PNPNP或NPNPN结构的可控硅器件包括：
两个或两个以上的寄生晶体管形成正反馈。
5.如权利要求1所述的提高静电保护器件维持电压的方法，其特征在于，所述可控硅器件寄生晶体管反馈路径包括：
两个或两个以上的寄生晶体管形成的相互间的正反馈路径。
6.如权利要求1所述的提高静电保护器件维持电压的方法，其特征在于：
所述半导体元件是具有电流或者电压负反馈效用的半导体元件，包括二极管、晶体管或MOS管，用于抑制抑制可控硅自身的正反馈。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210048205.8A CN102569294B (zh) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | 提高静电保护器件维持电压的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210048205.8A CN102569294B (zh) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | 提高静电保护器件维持电压的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102569294A true CN102569294A (zh) | 2012-07-11 |
| CN102569294B CN102569294B (zh) | 2016-01-13 |
Family
ID=46414318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210048205.8A Active CN102569294B (zh) | 2012-02-28 | 2012-02-28 | 提高静电保护器件维持电压的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102569294B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108257951A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-07-06 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | Scr结构及其构成的esd保护结构 |
| CN114664815A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-06-24 | 电子科技大学 | 内嵌npn结构的高维持电压tvs分立器件 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1396662A (zh) * | 2001-07-09 | 2003-02-12 | 联华电子股份有限公司 | 绝缘层有硅的低电压触发硅控整流器及静电放电防护电路 |
| TW200516755A (en) * | 2003-11-12 | 2005-05-16 | Vanguard Int Semiconduct Corp | Electrostatic discharge protection device for high voltage integrated circuit |
| US20050111150A1 (en) * | 2003-11-25 | 2005-05-26 | King Billion Electronics Co., Ltd. | Electrostatic discharge protection circuit |
| CN101047178A (zh) * | 2006-03-31 | 2007-10-03 | 台湾类比科技股份有限公司 | 低触发电压硅控整流器和其电路 |
| CN101174622A (zh) * | 2006-11-02 | 2008-05-07 | 旺宏电子股份有限公司 | 接垫的静电放电保护装置与其方法及结构 |
| US7719026B2 (en) * | 2007-04-11 | 2010-05-18 | Fairchild Semiconductor Corporation | Un-assisted, low-trigger and high-holding voltage SCR |
| KR20100089519A (ko) * | 2009-02-04 | 2010-08-12 | 서경대학교 산학협력단 | Ｇｇｎｍｏｓｆｅｔ 및 사이리스터를 이용한 ｅｓｄ 보호 회로 |
| US20110204415A1 (en) * | 2010-02-22 | 2011-08-25 | Sofics Bvba | High holding voltage device |
| CN102254912A (zh) * | 2011-07-13 | 2011-11-23 | 浙江大学 | 一种内嵌p型mos管辅助触发的可控硅器件 |
-
2012
- 2012-02-28 CN CN201210048205.8A patent/CN102569294B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1396662A (zh) * | 2001-07-09 | 2003-02-12 | 联华电子股份有限公司 | 绝缘层有硅的低电压触发硅控整流器及静电放电防护电路 |
| TW200516755A (en) * | 2003-11-12 | 2005-05-16 | Vanguard Int Semiconduct Corp | Electrostatic discharge protection device for high voltage integrated circuit |
| US20050111150A1 (en) * | 2003-11-25 | 2005-05-26 | King Billion Electronics Co., Ltd. | Electrostatic discharge protection circuit |
| CN101047178A (zh) * | 2006-03-31 | 2007-10-03 | 台湾类比科技股份有限公司 | 低触发电压硅控整流器和其电路 |
| CN101174622A (zh) * | 2006-11-02 | 2008-05-07 | 旺宏电子股份有限公司 | 接垫的静电放电保护装置与其方法及结构 |
| US7719026B2 (en) * | 2007-04-11 | 2010-05-18 | Fairchild Semiconductor Corporation | Un-assisted, low-trigger and high-holding voltage SCR |
| KR20100089519A (ko) * | 2009-02-04 | 2010-08-12 | 서경대학교 산학협력단 | Ｇｇｎｍｏｓｆｅｔ 및 사이리스터를 이용한 ｅｓｄ 보호 회로 |
| US20110204415A1 (en) * | 2010-02-22 | 2011-08-25 | Sofics Bvba | High holding voltage device |
| CN102254912A (zh) * | 2011-07-13 | 2011-11-23 | 浙江大学 | 一种内嵌p型mos管辅助触发的可控硅器件 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108257951A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-07-06 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | Scr结构及其构成的esd保护结构 |
| CN108257951B (zh) * | 2018-01-11 | 2020-09-29 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | Scr结构及其构成的esd保护结构 |
| CN114664815A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-06-24 | 电子科技大学 | 内嵌npn结构的高维持电压tvs分立器件 |
| CN114664815B (zh) * | 2022-03-18 | 2023-10-24 | 电子科技大学 | 内嵌npn结构的高维持电压tvs分立器件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102569294B (zh) | 2016-01-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9160326B2 (en) | Gate protected semiconductor devices | |
| CN103258814B (zh) | 一种集成电路芯片esd防护用ldmos scr器件 | |
| Wang et al. | E-mode pn junction/AlGaN/GaN (PNJ) HEMTs | |
| CN102468297B (zh) | 可调节维持电压esd保护器件 | |
| CN102254912B (zh) | 一种内嵌p型mos管辅助触发的可控硅器件 | |
| US9484339B2 (en) | Smart semiconductor switch | |
| Dimitrijev | SiC power MOSFETs: The current status and the potential for future development | |
| US10432190B2 (en) | Semiconductor device and method for controlling semiconductor device | |
| US9953970B2 (en) | Semiconductor device having ESD protection structure | |
| CN102569294A (zh) | 提高静电保护器件维持电压的方法 | |
| Hua et al. | Gate reliability and VTH stability investigations of p-GaN HEMTs | |
| CN103531585B (zh) | 二极管串 | |
| US20220109440A1 (en) | Circuit for Capturing Electrical Energy from Vibrating Molecular Charges | |
| US20140055192A1 (en) | Saturation current limiting circuit topology for power transistors | |
| JP6697691B2 (ja) | 半導体装置 | |
| CN107785364B (zh) | 有界栅极的硅控整流器 | |
| CN109216461A (zh) | 集成肖特基二极管的u型源槽vdmosfet器件 | |
| US9202908B2 (en) | Protection diode | |
| CN102543999B (zh) | 一种提高维持电压的方法 | |
| CN102543998A (zh) | 一种多晶硅串联二极管串及其制作方法 | |
| CN109671702A (zh) | 静电放电保护设备 | |
| KR102215312B1 (ko) | 정전기 방전 보호 회로 | |
| CN103972233A (zh) | 一种具有抗闩锁能力的可关断scr器件 | |
| JP6329054B2 (ja) | スイッチング回路 | |
| US9379179B2 (en) | Ultra high voltage electrostatic discharge protection device with current gain |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: BEIJING YANDONG MICROELECTRNIC CO.,LTD. Free format text: FORMER OWNER: INST OF MICROELECTRONICS, C. A. S Effective date: 20150702 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20150702 Address after: 100015 Beijing city Chaoyang District Dongzhimen West eight room Wanhong No. 2 West Street Applicant after: BEIJING YANDONG MICROELECTRONIC Co.,Ltd. Address before: 100029 Beijing city Chaoyang District Beitucheng West Road No. 3 Applicant before: Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 100020 West eight rooms, dongzhimenwai, Chaoyang District, Beijing Patentee after: BEIJING YANDONG MICROELECTRONIC Co.,Ltd. Address before: 100015 Beijing city Chaoyang District Dongzhimen West eight room Wanhong No. 2 West Street Patentee before: BEIJING YANDONG MICROELECTRONIC Co.,Ltd. |
|
| CP02 | Change in the address of a patent holder |