TWI538163B - 用於靜電防護之半導體結構 - Google Patents

用於靜電防護之半導體結構 Download PDF

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吳志倫
林碩彥
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Description

用於靜電防護之半導體結構
本發明係相關於一種用於靜電防護之半導體結構，尤指一種可節省積體電路空間並改善靜電防護能力之半導體結構。
靜電防護長久以來都是電子產業與半導體產業重要的課題之一。靜電放電常會造成電子產品損壞。隨著半導體製程的進步，積體電路及其元件的尺寸越來越小，相對地積體電路也越容易受到靜電的破壞。為了防止積體電路受到靜電的破壞，習知積體電路會包含一靜電防護電路，用以當接收到靜電時將靜電迅速導引至接地端。然而，在習知積體電路中，靜電防護電路會佔據積體電路一定的空間，進而增加積體電路設計上的困難，再者，為了節省空間，靜電防護電路會設置在積體電路中之特定位置上，而積體電路離靜電防護電路較遠之元件將無法有效地受到靜電防護電路之保護。
本發明之目的在於提供一種可節省積體電路空間並改善靜電防護能力之半導體結構，以解決先前技術的問題。
本發明用於靜電防護之半導體結構係設置於一積體電路上，該積體電路包含一封環(seal ring)設置於該積體電路之外圍，一金屬環設置於該封環之內側，以及一電源匯流排設置於該金屬環之一側，該半導體結構包含一第一N型電極區，一第二N型電極區，以及一第一P型電極區。該第一N 型電極區係形成於一P型井上相對應於該封環之位置，且耦接至該封環。該第二N型電極區係形成於該P型井上相對應於該電源匯流排之位置，且耦接至該電源匯流排。該第一P型電極區係形成於相對應於該金屬環之位置，且耦接至該金屬環。其中該封環及該電源匯流排係耦接至一電壓源，該金屬環係耦接至一接地端。
相較於先前技術，本發明用於靜電防護之半導體結構係設置於積體電路外圍之封環、金屬環及電源匯流排之相對應位置，而不需另外佔據積體電路之空間，進而節省積體電路之空間。再者，由於本發明用於靜電防護之半導體結構係環繞於積體電路之外圍，因此積體電路之各個元件可受到附近之半導體結構的靜電保護，進而改善積體電路之靜電防護能力。
10‧‧‧積體電路
12‧‧‧封環
14‧‧‧金屬環
16‧‧‧電源匯流排
20‧‧‧P型井
30‧‧‧第一N型井
31‧‧‧第二N型井
33‧‧‧第一N型摻雜區
35‧‧‧第二N型摻雜區
40‧‧‧P型基底
100、200‧‧‧半導體結構
110、210‧‧‧第一N型電極區
120、220‧‧‧第二N型電極區
130、230‧‧‧第一P型電極區
M1、M2、M3‧‧‧金屬層
GND‧‧‧接地位準
VDD1、VDD2‧‧‧電壓源
FOX‧‧‧絕緣區
第1圖為本發明積體電路配置的示意圖。
第2圖為本發明用於靜電防護之半導體結構對應於第1圖之A-A剖面線的剖面圖。
第3圖為本發明用於靜電防護之半導體結構對應於第1圖之A-A剖面線的另一剖面圖。
請同時參考第1圖及第2圖，第1圖為本發明積體電路配置的示意圖，第2圖為本發明用於靜電防護之半導體結構對應於第1圖之A-A剖面線的剖面圖。如圖所示，本發明積體電路10包含一封環12，一金屬環14，以及至少一電源匯流排16。封環12係設置於積體電路10之外圍，用以屏蔽電磁波。金屬環14係設置係於封環12之內側。電源匯流排16係設置於金屬環14之內側，用以提供電源至積體電路10之元件。封環12、金屬環14以 及電源匯流排16係形成於積體電路10之金屬層M1，而積體電路10可另包含其他金屬層M2、M3設置於金屬層M1之上方，以形成其他元件。本發明用於靜電防護之半導體結構100包含一第一N型電極區110，一第二N型電極區120，以及一第一P型電極區130。第一N型電極區110係形成於P型井20上相對應於封環12之位置，且耦接至封環12。第二N型電極區120係形成於P型井20上相對應於電源匯流排16之位置，且耦接至電源匯流排16。 第一P型電極區130係形成於P型井20上相對應於金屬環14之位置，且耦接至金屬環14。其中電源匯流排16係耦接至電壓源VDD1，金屬環14係耦接至接地位準GND，而封環12可以透過上方之金屬層M2耦接至電源匯流排16，以使封環12和電源匯流排16具有相同之電壓位準。
半導體結構100另包含一第一N型井30以及一第二N型井31。 第一N型電極區110的中間部分是形成於第一N型井30上，且第一N型電極區110的外圍部分係形成於P型井20上。第二N型電極區120的中間部分是形成於第二N型井31上，且第二N型電極區120的外圍部分係形成於P型井20上。
另外，第一N型電極區110、第二N型電極區120及第一P型電 極區130之間係被絕緣區FOX所隔開。絕緣區FOX係為場效氧化(Field Oxide)區。P型井20、第一N型井30係形成於一P型基底40上。
依據上述配置，當電源匯流排16接收到靜電時，半導體結構100 中的PN接面將會因靜電之高電壓位準而崩潰，進而將靜電之電流從第一N型電極區110及第二N型電極區120傳遞至第一P型電極區630，並進一步宣洩至金屬環14，以提供靜電防護，且靜電之部分能量也會在PN接面崩潰時被吸收。
請參考第3圖，並一併參考第1圖。第3圖為本發明用於靜電防 護之半導體結構對應於第1圖之A-A剖面線的另一剖面圖。如第3圖所示，本發明用於靜電防護之半導體結構200包含一第一N型電極區210，一第二N型電極區220，以及一第一P型電極區230。第一N型電極區210係形成於P型井20上相對應於封環12之位置，且耦接至封環12。第二N型電極區220係形成於P型井20上相對應於電源匯流排16之位置，且耦接至電源匯流排16。第一P型電極區230係形成於P型井20上相對應於金屬環14之位置，且耦接至金屬環14。其中電源匯流排16係耦接至電壓源VDD1，金屬環14係耦接至接地位準GND，而封環12可以透過上方之金屬層M2耦接至電源匯流排16，以使封環12和電源匯流排16具有相同之電壓位準。
相異於第2圖之實施例的是，半導體結構200不包含第一N型井 30以及第二N型井311，而另包含一第一N型摻雜區33以及一第二N型摻雜區35。第一N型摻雜區33係形成於第一N型電極區210及P型井20之間，且第一N型摻雜區33之摻雜濃度較第一N型電極區210之摻雜濃度低。 第二N型摻雜區35係形成於第二N型電極區220及P型井20之間，且第二N型摻雜區35之摻雜濃度較第二N型電極區220之摻雜濃度低。
相似地，依據上述配置，當電源匯流排16接收到靜電時，半導體 結構200中的PN接面將會因靜電之高電壓位準而崩潰，進而將靜電之電流從第一N型電極區210及第二N型電極區220傳遞至第一P型電極區230，並進一步宣洩至金屬環14，以提供靜電防護，且靜電之部分能量也會在PN接面崩潰時被吸收。
另外，在第3圖之實施例中，由於第一N型電極區210及第二N 型電極區220是分別被第一N型摻雜區33及第二N型摻雜區35包覆而不外露於P型井20，因此相較於第2圖之半導體結構100，第3圖之半導體結構200可以承受較高的電壓。
相較於先前技術，本發明用於靜電防護之半導體結構係設置於積體電路外圍之封環、金屬環及電源匯流排之相對應位置，而不需另外佔據積體電路之空間，進而節省積體電路之空間。再者，由於本發明用於靜電防護之半導體結構係環繞於積體電路之外圍，因此積體電路之各個元件可受到附近之半導體結構的靜電保護，進而改善積體電路之靜電防護能力。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
12‧‧‧封環
14‧‧‧金屬環
16‧‧‧電源匯流排
20‧‧‧P型井
30‧‧‧第一N型井
31‧‧‧第二N型井
40‧‧‧P‧‧‧型基底
100‧‧‧半導體結構
110‧‧‧第一N型電極區
120‧‧‧第二N型電極區
130‧‧‧第一P型電極區
M1、M2、M3‧‧‧金屬層
GND‧‧‧接地位準
VDD1、VDD2‧‧‧電壓源
FOX‧‧‧絕緣區

Claims (7)

  1. 一種用於靜電防護之半導體結構，設置於一積體電路上，該積體電路包含一封環(seal ring)設置於該積體電路之外圍，一金屬環設置於該封環之內側，以及一電源匯流排設置於該金屬環之一側，該半導體結構包含：一第一N型電極區，形成於一P型井上相對應於該封環之位置，且耦接至該封環；一第二N型電極區，形成於該P型井上相對應於該電源匯流排之位置，且耦接至該電源匯流排；以及一第一P型電極區，形成於該P型井上相對應於該金屬環之位置，且耦接至該金屬環；其中該封環及該電源匯流排係耦接至一電壓源，該金屬環係耦接至一接地端。
  2. 如請求項1所述之半導體結構，其中該第一N型電極區、該第二N型電極區及該第一P型電極區之間係被複數個絕緣區所隔開。
  3. 如請求項2所述之半導體結構，其中該複數個絕緣區係為場效氧化(Field Oxide,FOX)區。
  4. 如請求項1所述之半導體結構，另包含：一第一N型井，其中該第一N型電極區的中間部分是形成於該第一N型井上，且該第一N型電極區的外圍部分係形成於該P型井上；以及一第二N型井，其中該第二N型電極區的中間部分是形成於該第二N型井上，且該第二N型電極區的外圍部分係形成於該P型井上。
  5. 如請求項1所述之半導體結構，另包含：一第一N型摻雜區，形成於該第一N型電極區及該P型井之間，且該第一N型摻雜區之摻雜濃度較第一N型電極區之摻雜濃度低；以及一第二N型摻雜區，形成於該第二N型電極區及該P型井之間，且該第二N型摻雜區之摻雜濃度較第二N型電極區之摻雜濃度低。
  6. 如請求項1所述之半導體結構，其中該金屬環係設置於該封環及該電源匯流排之間。
  7. 如請求項6所述之半導體結構，其中該積體電路另包含一金屬層，設置於該封環、該金屬環及該電源匯流排上方，用以耦接該封環及該電源匯流排。
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