TWI728090B - 半導體結構 - Google Patents

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鍾致遠
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半導體結構包括靜電放電防護裝置。靜電放電防護裝置包括第一金氧半場效電晶體、環形井與基極接地區。第一金氧半場效電晶體包括閘極、源極、汲極及第一基極井。第一基極井具有第一導電型。環形井具有相反於第一導電型的第二導電型。半導體結構也包括第二金氧半場效電晶體。第二金氧半場效電晶體包括第二基極井。第二基極井具有第二導電型。基極接地區位在第一金氧半場效電晶體的閘極、源極及汲極與第二金氧半場效電晶體的第二基極井之間的第一基極井中並被環形井圍繞。

Description

半導體結構
本發明是有關於一種半導體結構，且特別是有關於一種具有靜電放電防護裝置的半導體結構。
靜電放電是一種位於非導電表面上之靜電電荷通過導電材料而遷移的現象。由於靜電電壓通常相當高，靜電放電可以輕易地損毀一積體電路之基板與其他元件。為了保護積體電路免於遭受靜電放電的損害，具有傳導靜電放電電流至地面功能的裝置被整合進入積體電路內。
本發明係有關於一種具有靜電放電防護裝置的半導體結構。
根據本揭露之一概念，提出一種半導體結構，其包括一靜電放電防護裝置。靜電放電防護裝置包括第一金氧半場效電晶體、環形井與基極接地區。第一金氧半場效電晶體包括閘極、源極、汲極及第一基極井。第一基極井具有第一導電型。環形井具有相反於第一導電型的第二導電型。半導體結構也包括第二金氧半場效電晶體。第二金氧半場效電晶體包括第二基極井。 第二基極井具有第二導電型。基極接地區位在第一金氧半場效電晶體的閘極、源極及汲極與第二金氧半場效電晶體的第二基極井之間的第一基極井中並被環形井圍繞。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
102:基極接地區
104、P-Well:第一基極井
106:源極
108:汲極
110、122:閘極
112:基極接觸區
114:環形摻雜區
116、NW:第二基極井
118、120:源/汲極
124:介電結構
Ntrig:觸發節點
NMOS:N型金氧半場效電晶體
PMOS:P型金氧半場效電晶體
N-Well:N型環形井
第1圖繪示根據一實施例之半導體結構的俯視圖。
第2圖繪示根據一實施例之半導體結構的剖面圖。
第3圖繪示根據一實施例之半導體結構的剖面圖。
第4圖繪示根據一實施例之靜電放電防護裝置的等效電路。
第5圖繪示根據另一實施例之半導體結構的俯視圖。
實施例中，靜電放電防護裝置是藉由在第一金氧半場效電晶體之第一基極井鄰近第二金氧半場效電晶體的部分中設置基極接地區，藉此提高靜電放電防護裝置的防護功能並避免半導體結構發生閉鎖效應。
以下係以一些實施例做說明。須注意的是，本揭露並非顯示出所有可能的實施例，未於本揭露提出的其他實施態樣也可能可以應用。再者，圖式上的尺寸比例並非按照實際產品等比例繪製。因此，說明書和圖示內容僅作敘述實施例之用，而非作為限縮本揭露保護範圍之用。另外，實施例中之敘述，例如細 部結構、製程步驟和材料應用等等，僅為舉例說明之用，並非對本揭露欲保護之範圍做限縮。實施例之步驟和結構各之細節可在不脫離本揭露之精神和範圍內根據實際應用製程之需要而加以變化與修飾。以下是以相同/類似的符號表示相同/類似的元件做說明。
根據一實施例之半導體結構可參照第1圖至第3圖說明。其中第1圖繪示半導體結構的俯視圖。第2圖為沿第1圖之AA線的剖面圖。第3圖為沿第1圖之BB線的剖面圖。此例中，第一金氧半場效電晶體與第二金氧半場效電晶體係分別以N型金氧半場效電晶體NMOS與P型金氧半場效電晶體PMOS為例做說明。
請參照第1圖至第3圖，半導體結構的靜電放電防護裝置包括N型金氧半場效電晶體NMOS、N型環形井N-Well與P型基極接地區102。
N型金氧半場效電晶體NMOS包括P型第一基極井(P-Well)104、N型源極106、N型汲極108及在N型源極106與N型汲極108之間的P型第一基極井104上方的閘極110。N型源極106與N型汲極108可包括重摻雜(n+)區。N型源極106與N型汲極108也可包括形成在重摻雜(n+)區上的金屬矽化物層。
N型環形井N-Well可形成在P型第一基極井104中，並環繞N型金氧半場效電晶體NMOS與P型基極接地區102。N型重摻雜(n+)區可形成在N型環形井N-Well中。金屬矽化物層可形成在N型重摻雜(n+)區上。
P型基極接地區102(第1圖及第3圖)可包括一P型重摻雜(p+)區形成在P型第一基極井104中。P型基極接地區102也可包括金屬矽化物層成在型重摻雜區上。
靜電放電防護裝置可更包括P型基極接觸區112形成在P型第一基極井104中，並與P型基極接地區102分開。P型基極接觸區112可包括P型重摻雜(p+)區。P型基極接觸區112也可包括金屬矽化物層形成在P型重摻雜區上。P型基極接觸區112電性連接至觸發節點(Ntrig)。
靜電放電防護裝置可更包括P型環形摻雜區114形成在P型第一基極井104中並環繞N型環形井N-Well。P型環形摻雜區114可包括重摻雜(p+)區。金屬矽化物層可形成在P型環形摻雜區114的重摻雜區上。P型環形摻雜區114係接地。
半導體結構包括P型金氧半場效電晶體PMOS，其包括N型第二基極井(NW)116、第一P型源/汲極118、第二P型源/汲極120及在第一P型源/汲極118與第二P型源/汲極120之間的N型第二基極井116上方的閘極122。第一P型源/汲極118可為源極與汲極其中之一，第二P型源/汲極120可為源極與汲極其中之另一。第一P型源/汲極118與第二P型源/汲極120可包括重摻雜(p+)區。第一P型源/汲極118與第二P型源/汲極120也可包括形成在重摻雜(p+)區上的金屬矽化物層。
半導體結構可包括介電結構124(僅繪示在第2圖及第3圖)埋在P型第一基極井104中。如圖所示，實施例之重摻雜區 域與N型環形井N-Well的範圍可藉由介電結構124及閘極110、122所定義。N型環形井N-Well的底表面低於介電結構124的底表面。介電結構124並不限於淺溝槽隔離結構，也可包括其他合適的隔離結構，例如場氧化物結構，或上述之組合等等。
實施例中，靜電放電防護裝置的P型基極接地區102是設置在P型第一基極井104被該N型環形井N-Well圍繞且鄰近P型金氧半場效電晶體PMOS的區域中，藉此提高靜電放電防護裝置的防護功能並避免半導體結構發生閉鎖效應。
以第1圖所示的俯視圖舉例來說，P型基極接地區102可設置在N型金氧半場效電晶體NMOS的閘極110、N型源極106及N型汲極108的上側，並具有沿著實質上平行於從N型源極106至N型汲極108之方向延伸的長條形狀。
相較於半導體結構不具有P型基極接地區的比較例，根據本案實施例之具有P型基極接地區102的半導體結構其靜電放電防護裝置能承受更高的靜電放電電流/電壓，同時具有與比較例相當的靜電放電觸發速率。此外，根據本案實施例之具有P型基極接地區102的半導體結構在一般狀態(此時觸發節點Ntrig為電性浮接)不易發生閉鎖效應，因此N型金氧半場效電晶體NMOS與P型金氧半場效電晶體PMOS的區域能設計配置得更靠近以節省空間並提高元件佈局密度。
舉例來說，第4圖繪示根據一實施例之靜電放電防護裝置的基底觸發(substrate triggered)等效電路。靜電觸發電路可包 括電性串聯的電阻及電容，並可包括閘極耦接至電阻及電容之間的節點的N型金氧半場效電晶體NMOS。觸發節點Ntrig係耦接在兩個N型金氧半場效電晶體NMOS之間。實施例中，一般狀態下，觸發節點Ntrig係處在電性浮接狀態，耦接的電阻(虛線表示)是藉由P型基極接地區102(第1圖及第3圖)所產生之寄生BJT所發生。根據實施例之靜電放電防護裝置在一般狀態下係將P型基極接地區102接地，提供P型第一基極井104的接地端，因此N型金氧半場效電晶體NMOS的P型第一基極井104(第1圖至第3圖)不易受到鄰近之P型金氧半場效電晶體PMOS操作影響產生電性反轉而(PN接面，例如P型第一基極井104與N型第二基極井116之間的接面)電性導通發生閉鎖效應。實施例中，當P型基極接地區102的接觸點(例如接觸墊的數目)越多，且分佈範圍愈廣時，可造成更明顯的效用。
其他實施例中，P型基極接地區102的輪廓及位置可依實際需求任意變化。
以第5圖所示之半導體結構的俯視圖舉例來說，複數個P型基極接地區102係設置在N型金氧半場效電晶體NMOS的閘極110、N型源極106及N型汲極108的上側，並沿著實質上平行於從N型源極106至N型汲極108的方向間隔配置。
其他實施例中，P型金氧半場效電晶體PMOS係配置在N型金氧半場效電晶體NMOS的右側(於此所謂的右側可例如參照第1圖或第5圖所示的俯視圖而論)，此時P型基極接地區102可配 置在P型第一基極井104位在N型金氧半場效電晶體NMOS之右側的區域中，並可設計成長條狀輪廓或間隔分開配置的輪廓。此概念亦可延伸至P型金氧半場效電晶體PMOS係配置在N型金氧半場效電晶體NMOS的下側、左側的情況。
根據以上實施例，靜電放電防護裝置的第一金氧半場效電晶體之第一基極井其鄰近第二金氧半場效電晶體的部分中是設置有在一般狀態下為接地的基極接地區，藉此能提高靜電放電防護裝置的防護功能並避免不同導電型之裝置之間發生閉鎖效應。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
102:基極接地區
104、P-Well:第一基極井
106:源極
108:汲極
110、122:閘極
112:基極接觸區
114:環形摻雜區
116、NW:第二基極井
118、120:源/汲極
NMOS:N型金氧半場效電晶體
PMOS:P型金氧半場效電晶體
N-Well:N型環形井

Claims (11)

  1. 一種半導體結構，包括：一靜電放電防護裝置，包括：一第一金氧半場效電晶體，包括一閘極、一源極、一汲極及一第一基極井，其中該第一基極井具有一第一導電型；一環形井，具有相反於該第一導電型的一第二導電型；一基極接地區；及一基極接觸區，電性連接至一觸發點並與該基極接地區分開；及一第二金氧半場效電晶體，包括一第二基極井，該第二基極井具有該第二導電型，其中該基極接地區位在該第一金氧半場效電晶體的該閘極、該源極及該汲極與該第二金氧半場效電晶體的該第二基極井之間的該第一基極井中並被該環形井圍繞。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體結構，其中該基極接地區包括一重摻雜區形成在該第一基極井中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的半導體結構，更包括一介電結構埋在該第一基極井中，其中該基極接地區的範圍係由該介電結構所定義。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的半導體結構，其中該環形井的底表面低於該介電結構的底表面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的半導體結構，該觸發點係連接至一靜電觸發電路。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的半導體結構，該靜電觸發電路至少包含電性連接的一電阻及一電容。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的半導體結構，包括互相分開的數個該基極接地區。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的半導體結構，其中該基極接地區具有一長條形狀。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的半導體結構，更包括一環形摻雜區，形成在具有相同導電型的該第一基極井中並環繞該環形井。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的半導體結構，其中該環形摻雜區係接地。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的半導體結構，其中該第一金氧半場效電晶體係N型金氧半場效電晶體，該第二金氧半場效電晶體係P型金氧半場效電晶體。
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