TWI652792B - 自我平衡式二極體裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係揭露一種自我平衡式二極體裝置，包含一基板、一摻雜井區、至少一第一導電型重摻雜鰭與至少二第二導電型重摻雜鰭。摻雜井區設於基板中，第一導電型重摻雜鰭設於摻雜井區中，並沿第一方向設置，且從基板之表面上凸出。第二導電型重摻雜鰭設於摻雜井區中，並沿第二方向設置，第二方向與第一方向相交。第二導電型重摻雜鰭分別位於第一導電型重摻雜鰭之相異二側，且從基板之表面上凸出，每一第二導電型重摻雜鰭與第一導電型重摻雜鰭相隔一固定距離。

Description

自我平衡式二極體裝置

本發明係關於一種二極體裝置，且特別關於一種自我平衡式二極體裝置。

隨著各種電子元件(例如電晶體、二極體、電阻、電容等)積集度(integration density)的持續改善，半導體工業已經歷了快速成長。而積集度改善中之最大部份係來自於最小特徵尺寸(minimum feature size)的持續微縮，如此便可於一特定區域內整合更多的元件。然而，越小的特徵尺寸可能導致更多的漏電流情形。隨著更小之電子元件需求的逐漸增加，便需 要降低半導體元件的漏電流情形。

而隨著半導體技術的演進，鰭型場效電晶體(FinFETs)已成為用於更為降低半導體元件內漏電流之一有效方案。於鰭型場效電晶體中，其主動區包括了突出 於此鰭型場效電晶體所在處之半導體基板表面之一汲極、一通道區與一源極。鰭型場效電晶體的主動區為一鰭形型態(fin)，其剖面可能為一長方形。此外，鰭 型場效電晶體之閘結構如同一倒U狀(upside-down U)，因而環繞了主動區的三個側面。如此，便可增強對於閘結構的通道控制。因此便可降低傳統平面型電晶體之短通道效應。因此，當鰭型場效電晶體於關閉時， 其閘結構可較佳地控制通道，以降低漏電流。包括鰭型場效電晶體之半導體裝置對於如靜電放電暫態(ESD transient)之極高壓脈衝(high voltage spikes)極為敏感。靜電放電為沿著兩個物體之間由於靜電電荷的累積情形之所造成之一快速放電情形。由於快速放電將造成一相對大電流，故靜電放電可能 會摧毀此半導體裝置。舉例來說，美國專利公開號20070045736揭露一半導體裝置，其係包含一閘極電極、一第一電晶體與一第二電晶體，其中第一電晶體與第二電晶體分別具有一第一主動區與一第二主動區。第一主動區垂直閘極電極，第二主動區之方向傾斜於閘極電極。第一主動區與第二主動區能增加電子與電動之遷移率(mobility)。然而，在此半導體裝置中，並沒有安裝任何靜電放電（ESD）保護裝置，此美國專利亦並未提及ESD保護技術。

因此，本發明係在針對上述的困擾，提出一種自我平衡式二極體裝置，以解決習知所產生的問題。

本發明的主要目的，在於提供一種自我平衡式二極體裝置，其係利用至少一第一導電型重摻雜鰭與至少二第二導電型重摻雜鰭建立至少二二極體，其中第一導電型重摻雜鰭沿第一方向設置，第二導電型重摻雜鰭沿相交第一方向之第二方向設置，使此些二極體釋放均勻之靜電放電（ESD）電流，以降低起因於靜電放電之半導體裝置毀損情形。

為達上述目的，本發明提供一種自我平衡式二極體裝置，其係包含一基板、一摻雜井區、至少一第一導電型重摻雜鰭、至少二第二導電型重摻雜鰭與一絕緣層，此基板為半導體基板，摻雜井區為P型摻雜井區或N型摻雜井區。摻雜井區設於基板中，第一導電型重摻雜鰭設於摻雜井區中，並沿第一方向設置，且從基板之表面上凸出。第二導電型重摻雜鰭設於摻雜井區中，並沿第二方向設置，第二方向與第一方向相交。第二導電型重摻雜鰭分別位於第一導電型重摻雜鰭之相異二側，且從基板之表面上凸出。舉例來說，第二方向垂直第一方向。每一第二導電型重摻雜鰭與第一導電型重摻雜鰭相隔一固定距離，摻雜井區、第一導電型重摻雜鰭與第二導電型重摻雜鰭形成至少二二極體。絕緣層設於基板之表面上，並介於第一導電型重摻雜鰭與每一第二導電型重摻雜鰭之間。第一導電型重摻雜鰭電性連接第一電壓端，第二導電型重摻雜鰭電性連接第二電壓端，第一電壓端與第二電壓端之電壓順向偏壓二極體，以產生至少二均勻靜電放電（ESD）電流通過二極體。第一導電型重摻雜鰭為N型重摻雜鰭時，第二導電型重摻雜鰭為P型重摻雜鰭，且第一電壓端與第二電壓端分別為低電壓端與高電壓端。或者，第一導電型重摻雜鰭為P型重摻雜鰭時，第二導電型重摻雜鰭為N型重摻雜鰭，且第一電壓端與第二電壓端分別為高電壓端與低電壓端。

在第一實施例中，第二導電型重摻雜鰭之數量大於二，且絕緣層介於相鄰之第二導電型重摻雜鰭之間，又二極體與靜電放電電流之數量皆大於二。複數個第一接觸電極設於第一導電型重摻雜鰭之頂部與側壁及絕緣層上，並沿第二方向設置，且電性連接第一電壓端。二第二接觸電極分別設於位於第一導電型重摻雜鰭之相異二側之第二導電型重摻雜鰭之頂部與側壁上，並設於絕緣層上，且第二接觸電極沿第一方向設置，又電性連接第二電壓端。第一接觸電極之數量等於位於第一導電型重摻雜鰭之每一側之第二導電型重摻雜鰭之數量。

與第一實施例相比，第二實施例更包含一第一重摻雜箝位鰭，其與第二導電型重摻雜鰭屬於相同導電型。第一重摻雜箝位鰭位於摻雜井區中，並沿第二方向設置，且與第一導電型重摻雜鰭相離，又從基板之表面凸起。第一導電型重摻雜鰭具有第一端與第二端，第一重摻雜箝位鰭相鄰第一端及其最接近之二第二導電型重摻雜鰭。絕緣層介於第一重摻雜箝位鰭與其相鄰之第二導電型重摻雜鰭之間，且介於第一重摻雜箝位鰭與第一導電型重摻雜鰭之間，第二接觸電極設於第一重摻雜箝位鰭之頂部與側壁上。

與第二實施例相比，第三實施例更包含一第二重摻雜箝位鰭，其與第二導電型重摻雜鰭屬於相同導電型。第二重摻雜箝位鰭位於摻雜井區中，並沿第二方向設置，且與第一導電型重摻雜鰭相離，又從基板之表面凸起。第二重摻雜箝位鰭相鄰第二端及其最接近之二第二導電型重摻雜鰭。絕緣層介於第二重摻雜箝位鰭與其相鄰之第二導電型重摻雜鰭之間，且介於第二重摻雜箝位鰭與第一導電型重摻雜鰭之間，第二接觸電極設於第二重摻雜箝位鰭之頂部與側壁上。

在第四實施例中，第一導電型重摻雜鰭之數量為複數個，絕緣層介於相鄰之第一導電型重摻雜鰭之間，又二極體與靜電放電電流之數量皆大於二。一第一接觸電極設於第一導電型重摻雜鰭之頂部與側壁及絕緣層上，並沿第二方向設置，且電性連接第一電壓端。複數個第二接觸電極均勻設置於位於第一導電型重摻雜鰭之相異二側之第二導電型重摻雜鰭之頂部與側壁上，並設於絕緣層上，且沿第一方向設置，且電性連接第二電壓端。第一導電型重摻雜鰭之數量等於位於第一導電型重摻雜鰭之每一側之第二接觸電極之數量。

茲為使　貴審查委員對本發明的結構特徵及所達成的功效更有進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明，說明如後：

本發明之自我平衡式二極體裝置係作為積體電路中需要之靜電放電保護結構。於靜電放電保護過程中，係於接近積體電路端點處，例如為輸出端與輸入端點處，及電源供應端處形成一靜電放電保護電路。此靜電放電保護電路提供了一電流放電通道，以降低起因於靜電放電之半導體裝置毀損情形。

請參閱第1圖與第2圖。本發明之自我平衡式二極體裝置之第一實施例介紹如下。第一實施例包含一基板10、一摻雜井區12、至少一第一導電型重摻雜鰭14、至少二第二導電型重摻雜鰭16、一絕緣層18、複數個第一接觸電極20與二第二接觸電極22。摻雜井區12、第一導電型重摻雜鰭14與第二導電型重摻雜鰭16形成至少二二極體，以釋放至少二均勻靜電放電電流。在第一實施例中，第一導電型重摻雜鰭14之數量為一，第二導電型重摻雜鰭16、二極體與靜電放電電流之數量皆大於二。

基板10為半導體基板，摻雜井區12為P型摻雜井區或N型摻雜井區。摻雜井區12設於基板10中，第一導電型重摻雜鰭14設於摻雜井區12中，並沿第一方向設置，且從基板10之表面上凸出。第二導電型重摻雜鰭16設於摻雜井區12中，並沿第二方向設置，第二方向與第一方向相交。第二導電型重摻雜鰭16分別位於第一導電型重摻雜鰭14之相異二側，且從基板10之表面上凸出。舉例來說，第二方向垂直第一方向。每一第二導電型重摻雜鰭16與第一導電型重摻雜鰭14相隔一固定距離。絕緣層18設於基板10之表面上，並介於第一導電型重摻雜鰭14與每一第二導電型重摻雜鰭16之間，且介於相鄰之第二導電型重摻雜鰭16之間。第一接觸電極20設於第一導電型重摻雜鰭14之頂部與側壁及絕緣層18上，並沿第二方向設置，且電性連接第一電壓端V1。第一導電型重摻雜鰭14透過第一接觸電極20電性連接第一電壓端V1。第二接觸電極22分別設於位於第一導電型重摻雜鰭14之相異二側之第二導電型重摻雜鰭16之頂部與側壁上，並設於絕緣層18上，且第二接觸電極22沿第一方向設置，又電性連接第二電壓端V2。第二導電型重摻雜鰭16透過第二接觸電極22電性連接第二電壓端V2。又第一接觸電極20之數量等於位於第一導電型重摻雜鰭14之每一側之第二導電型重摻雜鰭16之數量。

第一電壓端V1與第二電壓端V2之電壓順向偏壓二極體，以產生均勻靜電放電（ESD）電流通過二極體，進而降低起因於靜電放電之半導體裝置毀損情形。因此，第一導電型重摻雜鰭14為N型重摻雜鰭時，第二導電型重摻雜鰭16為P型重摻雜鰭，且第一電壓端V1與第二電壓端V2分別為低電壓端與高電壓端。或者，第一導電型重摻雜鰭14為P型重摻雜鰭時，第二導電型重摻雜鰭16為N型重摻雜鰭，且第一電壓端V1與第二電壓端V2分別為高電壓端與低電壓端。

請參閱第3圖與第4圖。本發明之自我平衡式二極體裝置之第二實施例介紹如下。與第一實施例相比，第二實施例更包含一第一重摻雜箝位鰭24，其與第二導電型重摻雜鰭16屬於相同導電型。第一重摻雜箝位鰭24位於摻雜井區12中，並沿第二方向設置，且與第一導電型重摻雜鰭14相離，又從基板10之表面凸起。第一導電型重摻雜鰭14具有第一端與第二端，第一重摻雜箝位鰭24相鄰第一端及其最接近之二第二導電型重摻雜鰭16。絕緣層18介於第一重摻雜箝位鰭24與其相鄰之第二導電型重摻雜鰭16之間，且介於第一重摻雜箝位鰭24與第一導電型重摻雜鰭14之間，第二接觸電極22設於第一重摻雜箝位鰭24之頂部與側壁上。第一重摻雜箝位鰭24透過第二接觸電極22電性連接第二電壓端V2。在第二實施例中，摻雜井區12、第一導電型重摻雜鰭14、第二導電型重摻雜鰭16與第一重摻雜箝位鰭24形成複數個二極體，以釋放複數個均勻靜電放電電流，以降低起因於靜電放電之半導體裝置毀損情形。

請參閱第5圖與第6圖。本發明之自我平衡式二極體裝置之第三實施例介紹如下。與第二實施例相比，第三實施例更包含一第二重摻雜箝位鰭26，其與第二導電型重摻雜鰭16屬於相同導電型。第二重摻雜箝位26鰭位於摻雜井區12中，並沿第二方向設置，且與第一導電型重摻雜鰭14相離，又從基板10之表面凸起。第二重摻雜箝位鰭26相鄰第二端及其最接近之二第二導電型重摻雜鰭16。絕緣層18介於第二重摻雜箝位鰭26與其相鄰之第二導電型重摻雜鰭16之間，且介於第二重摻雜箝位鰭26與第一導電型重摻雜鰭14之間，第二接觸電極22設於第二重摻雜箝位鰭26之頂部與側壁上。第二重摻雜箝位鰭26透過第二接觸電極22電性連接第二電壓端V2。在第三實施例中，摻雜井區12、第一導電型重摻雜鰭14、第二導電型重摻雜鰭16、第一重摻雜箝位鰭24與第二重摻雜箝位鰭26形成複數個二極體，以釋放複數個均勻靜電放電電流，以降低起因於靜電放電之半導體裝置毀損情形。

請參閱第7圖與第8圖。本發明之自我平衡式二極體裝置之第四實施例介紹如下。第四實施例包含一基板10、一摻雜井區12、複數個第一導電型重摻雜鰭14、二第二導電型重摻雜鰭16、一絕緣層18、一第一接觸電極20與複數個第二接觸電極22。摻雜井區12、第一導電型重摻雜鰭14與第二導電型重摻雜鰭16形成複數個二極體，以釋放複數個均勻靜電放電電流。

基板10為半導體基板，摻雜井區12為P型摻雜井區或N型摻雜井區。摻雜井區12設於基板10中，第一導電型重摻雜鰭14設於摻雜井區12中，並沿第一方向設置，且從基板10之表面上凸出。第二導電型重摻雜鰭16設於摻雜井區12中，並沿第二方向設置，第二方向與第一方向相交。第二導電型重摻雜鰭16分別位於第一導電型重摻雜鰭14之相異二側，且從基板10之表面上凸出。舉例來說，第二方向垂直第一方向。每一第二導電型重摻雜鰭16與第一導電型重摻雜鰭14相隔一固定距離。絕緣層18設於基板10之表面上，並介於每一第一導電型重摻雜鰭14與每一第二導電型重摻雜鰭16之間，且介於相鄰之第一導電型重摻雜鰭14之間。第一接觸電極20設於第一導電型重摻雜鰭14之頂部與側壁及絕緣層18上，並沿第二方向設置，且電性連接第一電壓端V1。第一導電型重摻雜鰭14透過第一接觸電極20電性連接第一電壓端V1。第二接觸電極22均勻設於位於第一導電型重摻雜鰭14之相異二側之第二導電型重摻雜鰭16之頂部與側壁上，並設於絕緣層18上，且第二接觸電極22沿第一方向設置，又電性連接第二電壓端V2。第二導電型重摻雜鰭16透過第二接觸電極22電性連接第二電壓端V2。又第一導電型重摻雜鰭14之數量等於位於第一導電型重摻雜鰭14之每一側之第二接觸電極22之數量。

第一電壓端V1與第二電壓端V2之電壓順向偏壓二極體，以產生均勻靜電放電電流通過二極體，進而降低起因於靜電放電之半導體裝置毀損情形。因此，第一導電型重摻雜鰭14為N型重摻雜鰭時，第二導電型重摻雜鰭16為P型重摻雜鰭，且第一電壓端V1與第二電壓端V2分別為低電壓端與高電壓端。或者，第一導電型重摻雜鰭14為P型重摻雜鰭時，第二導電型重摻雜鰭16為N型重摻雜鰭，且第一電壓端V1與第二電壓端V2分別為高電壓端與低電壓端。

綜上所述，本發明利用第一導電型重摻雜鰭與第二導電型重摻雜鰭建立均勻之靜電放電電流，其中第一導電型重摻雜鰭沿第一方向設置，第二導電型重摻雜鰭沿相交第一方向之第二方向設置，以降低起因於靜電放電之半導體裝置毀損情形。

以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10‧‧‧基板

12‧‧‧摻雜井區

14‧‧‧第一導電型重摻雜鰭

16‧‧‧第二導電型重摻雜鰭

18‧‧‧絕緣層

20‧‧‧第一接觸電極

22‧‧‧第二接觸電極

24‧‧‧第一重摻雜箝位鰭

26‧‧‧第二重摻雜箝位鰭

第1圖為本發明之自我平衡式二極體裝置之第一實施例的電路佈局示意圖。 第2圖為本發明之自我平衡式二極體裝置之沿第1圖之A-A’線的結構剖視圖。 第3圖為本發明之自我平衡式二極體裝置之第二實施例的電路佈局示意圖。 第4圖為本發明之自我平衡式二極體裝置之沿第3圖之B-B’線的結構剖視圖。 第5圖為本發明之自我平衡式二極體裝置之第三實施例的電路佈局示意圖。 第6圖為本發明之自我平衡式二極體裝置之沿第5圖之C-C’線的結構剖視圖。 第7圖為本發明之自我平衡式二極體裝置之第四實施例的電路佈局示意圖。 第8圖為本發明之自我平衡式二極體裝置之沿第7圖之D-D’線的結構剖視圖。

Claims (6)

1. 一種自我平衡式二極體裝置，其係包含： 一基板； 一摻雜井區，設於該基板中； 至少一第一導電型重摻雜鰭，設於該摻雜井區中，並沿第一方向設置，且從該基板之表面上凸出； 至少二第二導電型重摻雜鰭，設於該摻雜井區中，並沿第二方向設置，該第二方向與該第一方向相交，該些第二導電型重摻雜鰭分別位於該第一導電型重摻雜鰭之相異二側，且從該基板之該表面上凸出，每一該第二導電型重摻雜鰭與該第一導電型重摻雜鰭相隔一固定距離，該摻雜井區、該第一導電型重摻雜鰭與該些第二導電型重摻雜鰭形成至少二二極體，該第一導電型重摻雜鰭電性連接第一電壓端，該些第二導電型重摻雜鰭電性連接第二電壓端，該第一電壓端與該第二電壓端之電壓順向偏壓該些二極體，以產生至少二均勻靜電放電（ESD）電流通過該些二極體； 一絕緣層，其係設於該基板之該表面上，並介於該第一導電型重摻雜鰭與每一該第二導電型重摻雜鰭之間，該第一導電型重摻雜鰭之數量為複數個，該絕緣層介於相鄰之該第一導電型重摻雜鰭之間，又該二極體與該靜電放電電流之數量皆大於二； 一第一接觸電極，設於該些第一導電型重摻雜鰭之頂部與側壁及該絕緣層上，並沿該第二方向設置，且電性連接該第一電壓端；以及 複數個第二接觸電極，均勻設置於位於該相異二側之該第二導電型重摻雜鰭之頂部與側壁上，並設於該絕緣層上，且沿該第一方向設置，且電性連接該第二電壓端。
2. 如請求項1所述之自我平衡式二極體裝置，其中該摻雜井區為P型摻雜井區或N型摻雜井區。
3. 如請求項1所述之自我平衡式二極體裝置，其中該第一導電型重摻雜鰭為N型重摻雜鰭時，該些第二導電型重摻雜鰭為P型重摻雜鰭，且該第一電壓端與該第二電壓端分別為低電壓端與高電壓端；該第一導電型重摻雜鰭為P型重摻雜鰭時，該些第二導電型重摻雜鰭為N型重摻雜鰭，且該第一電壓端與該第二電壓端分別為高電壓端與低電壓端。
4. 如請求項1所述之自我平衡式二極體裝置，其中該第一方向垂直該第二方向。
5. 如請求項1所述之自我平衡式二極體裝置，其中該些第一導電型重摻雜鰭之數量等於位於該些第一導電型重摻雜鰭之每一該側之該些第二接觸電極之數量。
6. 如請求項1所述之自我平衡式二極體裝置，其中該基板為半導體基板。