專利名稱：集成電路輸入的靜電放電保護(hù)元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種集成電路元件，特別是有關(guān)于可保護(hù)集成電路、避免其受到從輸入端傳入的靜電放電的損害的元件。
(2)背景技術(shù)對(duì)于半導(dǎo)體集成電路而言，長(zhǎng)久以來(lái)存在的問(wèn)題是，受到由任一外部連接接腳傳入的靜電放電所造成的破壞。對(duì)于此問(wèn)題常見的解決方法是在靜電放電入侵芯片元件的時(shí)，在端點(diǎn)接墊(terminal pad)上，將電流導(dǎo)引至接地端，不致流進(jìn)內(nèi)部電路造成傷害。
這樣通路的傳統(tǒng)布局之一如圖1所示。一拉起動(dòng)作(pull-up)晶體管105有一輸入端連接至集成電路的接墊(pad)101，而另外兩個(gè)輸入端連接至芯片的工作電壓VDD。一斷開(pull-down)晶體管106有一輸入端連接至接墊101，而另外兩個(gè)輸入端連接至芯片的接地電壓Vss。電阻107一端連接至拉起動(dòng)作晶體管105、接墊101、斷開晶體管106，另一端則連接至集成電路的輸入級(jí)(input stage)。而一第二級(jí)晶體管103有一輸入端連接至輸入級(jí)，另兩個(gè)輸入端則連接至芯片的接地電壓Vss。
另一傳統(tǒng)布局，特別是為了高壓元件，如圖2所示。一場(chǎng)氧元件(Field OxideDevice，F(xiàn)OD)102有一輸入端連接至集成電路的接墊(pad)101，而另外一個(gè)輸入端連接至芯片的接地電壓Vss。電阻104一端連接至接墊101與場(chǎng)氧元件102，另一端則連接至集成電路的輸入級(jí)。而一第二級(jí)晶體管103有一輸入端連接至輸入級(jí)，另兩個(gè)輸入端則連接至芯片的接地電壓Vss。在考慮靜電放電保護(hù)效能的情況下，F(xiàn)OD型式的靜電放電元件所需的布局面積小于金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)型式的靜電放電元件。
然而，F(xiàn)OD型式的靜電放電元件亦存在若干的缺點(diǎn)。首先，F(xiàn)OD需要長(zhǎng)通道以避免正常操作模式下的漏電之虞，但長(zhǎng)通道設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致在靜電放電模式下啟動(dòng)速度過(guò)慢，進(jìn)而造成靜電放電的失效。其次，當(dāng)FOD的保護(hù)機(jī)制由n+/p接面崩潰(junction breakdown)所驅(qū)動(dòng)時(shí)，在其圓柱接面(cylindrical junction)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這樣會(huì)降低靜電放電的保護(hù)能力(level)。第三，利用LOCOS制程所形成的FOD的效能較由淺溝渠隔絕(STI)(Shallow Trench Isolation)制程所形成的佳。不幸的是，STI被廣泛應(yīng)用于次微米或是深次微米技術(shù)中，這樣一來(lái)，F(xiàn)OD的效能勢(shì)必下降。此外，在靜電放電保護(hù)元件中利用FOD時(shí)，并沒有可對(duì)應(yīng)至MOS型式保護(hù)元件的拉起動(dòng)作靜電放電保護(hù)元件，這樣一來(lái)，便無(wú)法有效地利用FOD型式保護(hù)元件執(zhí)行ND模式(由輸入端作負(fù)靜電放電至VDD端，測(cè)試時(shí)VDD端接地)與PD模式(由輸入端作正靜電放電至VDD端，測(cè)試時(shí)VDD端接地)的靜電放電測(cè)試。
(3)發(fā)明內(nèi)容鑒于上述的發(fā)明背景中，本發(fā)明的目的之一在于提供一種集成電路的保護(hù)元件；利用一結(jié)構(gòu)建立有效與最短的電路通路，使得原本FOD型式的靜電放電元件不佳的ND與PD靜電放電測(cè)試模式表現(xiàn)得以改善。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種保護(hù)元件，兼顧加強(qiáng)ND與PD靜電放電模式與較小的布局面積。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種FOD型式的保護(hù)元件，其利用在FOD元件上增加多晶硅方塊結(jié)構(gòu)來(lái)增加接面有效面積，此些多晶硅方塊結(jié)構(gòu)并可進(jìn)一步避免接面過(guò)熱與避免不良的啟動(dòng)效能。
根據(jù)以上所述的目的，本發(fā)明提供在一底材中、具有一輸入接墊(pad)的一集成電路的一種靜電放電(Electro-Static Discharge，ESD)保護(hù)元件，包括一拉起動(dòng)作(pull-up)裝置，例如一MOS晶體管，為了ND與PD靜電放電模式，并連接于集成電路的一工作電壓與一接地電壓之間；一保護(hù)裝置，例如一場(chǎng)氧元件，具有一輸入端連接至輸入接墊與一輸出端連接至接地電壓，其中保護(hù)裝置的位于底材中的輸出端與拉起動(dòng)作裝置共用(share)，并用以當(dāng)接地電壓浮接時(shí)(floating)時(shí)，從輸入接墊通過(guò)一靜電放電電流至拉起動(dòng)作裝置。
(4)


圖1為傳統(tǒng)靜電放電保護(hù)元件的等效電路示意圖。
圖2為傳統(tǒng)靜電放電保護(hù)元件的另一等效電路示意圖。
圖3為一等效電路示意圖，用以說(shuō)明本發(fā)明的FOD型式的靜電放電保護(hù)元件。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的一FOD型式的靜電放電保護(hù)元件實(shí)施例的一平面布局示意圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的一FOD型式的靜電放電保護(hù)元件另一實(shí)施例的一平面布局示意圖。
(5)具體實(shí)施方式
當(dāng)本發(fā)明以如下的實(shí)施例詳細(xì)描述時(shí)，熟悉此領(lǐng)域的人士應(yīng)有所認(rèn)知本發(fā)明在不脫離所提出的專利范圍請(qǐng)求中，是允許若干的修正與替換。所運(yùn)用來(lái)揭示的結(jié)構(gòu)或方法并不僅局限于特定的保護(hù)元件，還包括其他同等的半導(dǎo)體保護(hù)元件，而圖示亦是用來(lái)加以說(shuō)明較佳實(shí)施例，而非加以限縮本發(fā)明范圍。
本發(fā)明的半導(dǎo)體保護(hù)元件的不同部分并沒有依照尺寸繪圖。某些尺度與其他相關(guān)尺度相比已經(jīng)被夸張，以提供更清楚的描述和本發(fā)明的理解。另外，雖然在這里畫的實(shí)施例是以具有寬度與深度在不同階段的二維中顯示，應(yīng)該很清楚地了解到所顯示的區(qū)域只是保護(hù)元件的一部份，其中可能包含許多在三維空間中排列的元件。相對(duì)地，在制造實(shí)際的元件時(shí)，圖示的區(qū)域具有三維的長(zhǎng)度，寬度與高度。
本發(fā)明提供在一底材中具有一輸入接墊(pad)的一集成電路的一種靜電放電(Electro-Static Discharge，ESD)保護(hù)元件，包括一場(chǎng)氧元件具有一輸入端連接至輸入接墊，與一輸出端連接至集成電路的一接地電壓。一半導(dǎo)體元件，例如一MOS晶體管，具有一第一端連接至一工作電壓，與一第二端于底材中與場(chǎng)氧元件的輸出端共用(share)接至接地電壓，藉以當(dāng)接地電壓浮接時(shí)(floating)時(shí)，從輸入接墊經(jīng)由場(chǎng)氧元件通過(guò)一靜電放電電流經(jīng)過(guò)此半導(dǎo)體元件。
圖3為一等效電路示意圖，用以說(shuō)明本發(fā)明的FOD型式的靜電放電保護(hù)元件。一場(chǎng)氧元件(Field Oxide Device，F(xiàn)OD)2有一輸入端，例如一集電極端，連接至集成電路的接墊(pad)1，而另外一個(gè)輸入端，例如一發(fā)射極端，連接至芯片的接地電壓Vss。擔(dān)任第一保護(hù)元件的場(chǎng)氧元件2可以利用LOCOS或是STI制程制作。另外，在本發(fā)明中，場(chǎng)氧元件2的集電極端用來(lái)作為高壓輸入的接腳(pin)保護(hù)，其具有高崩潰電壓接面。電阻5一端連接至接墊1與場(chǎng)氧元件2，另一端則連接至集成電路的輸入級(jí)。而一第二級(jí)晶體管4，例如一n型MOS，有一輸入端，例如一集電極端，連接至輸入級(jí)，另兩個(gè)輸入端，例如一發(fā)射極端與一控制基極，則連接至芯片的接地電壓Vss。在一較佳實(shí)施例中，第二級(jí)晶體管4應(yīng)用于集成電路的高壓元件，其通道長(zhǎng)度約等于場(chǎng)氧元件2的通道長(zhǎng)度。
本發(fā)明的關(guān)鍵之一，一nMOS晶體管3有一端，例如一集電極端，與一工作電壓VDD相連接，另兩個(gè)輸入端，例如一發(fā)射極端與一控制基極，則連接至芯片的接地電壓Vss。在此較佳實(shí)施例中，nMOS晶體管3的通道長(zhǎng)度小于第二級(jí)晶體管4或是場(chǎng)氧元件2的通道長(zhǎng)度。另外，nMOS晶體管3的基極氧化層較第二級(jí)晶體管4的基極氧化層薄。nMOS晶體管3的加入有許多的優(yōu)點(diǎn)。首先，nMOS晶體管3連接工作電壓VDD與接地電壓Vss，可視為一嵌制(clamping)晶體管，這樣一來(lái)，F(xiàn)OD型式的靜電放電保護(hù)元件的PD與ND靜電放電模式能夠獲得改善。再者，由于nMOS晶體管3與場(chǎng)氧元件2共用發(fā)射極區(qū)域(圖上未顯示)，得以節(jié)省FOD型式的靜電放電保護(hù)元件的布局面積。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的一FOD型式的靜電放電保護(hù)元件實(shí)施例的一平面布局示意圖。場(chǎng)氧元件在一底材中有一場(chǎng)氧區(qū)20與一集電極區(qū)14，并且有若干接觸窗(contact)10分布在集電極區(qū)14上。在底材中的發(fā)射極區(qū)15則由場(chǎng)氧元件與本發(fā)明的nMOS晶體管所共用。nMOS晶體管的多晶硅基極12位于發(fā)射極區(qū)15與集電極區(qū)16之間。在發(fā)射極區(qū)15與集電極區(qū)16上亦有若干的接觸窗10排列著。本發(fā)明的關(guān)鍵之一在于nMOS晶體管與場(chǎng)氧元件可分享共用發(fā)射極區(qū)15，使得在加強(qiáng)PD與ND靜電放電模式的考慮下，仍能夠節(jié)省整體的布局面積。
圖5為根據(jù)本發(fā)明的一FOD型式的靜電放電保護(hù)元件另一實(shí)施例的一平面布局示意圖。與圖4相同的，除了加上nMOS晶體管外，若干的多晶硅方塊結(jié)構(gòu)17排列在集電極區(qū)14、16與發(fā)射極區(qū)15上的主動(dòng)面積，多晶硅方塊結(jié)構(gòu)17對(duì)于FOD型式的靜電放電保護(hù)元件有許多的優(yōu)點(diǎn)。首先，多晶硅方塊結(jié)構(gòu)17形成于集電極區(qū)與發(fā)射極區(qū)的前；故集電極區(qū)14、16與發(fā)射極區(qū)15的形成以多晶硅方塊結(jié)構(gòu)17作為植入遮罩，并以自行對(duì)準(zhǔn)制程完成。這樣一來(lái)，以多晶硅方塊結(jié)構(gòu)17作為植入遮罩可形成許多額外的接面。這些額外的接面能夠改善因STI的不連續(xù)性所導(dǎo)致的不良啟動(dòng)特性。另外，與圖4的實(shí)施例相同的是，nMOS晶體管與場(chǎng)氧元件分享共用發(fā)射極區(qū)15，可節(jié)省布局面積，同時(shí)加強(qiáng)PD與ND靜電放電模式。
其次，額外的接面能夠以三維方向有效分散靜電放電電流，使得在任何靜電放電模式下，能夠避免FOD角落的接面過(guò)熱的現(xiàn)象。額外的接面可為靜電放電電流增加接面面積。另外，額外的接面能夠增加輸入電阻，進(jìn)而減少機(jī)械模式靜電放電的靜電放電電流振蕩的現(xiàn)象。在本發(fā)明中，多晶硅方塊結(jié)構(gòu)17的尺寸與幾何形狀并不局限于圖5上所示的尺寸與形狀。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用以限定本發(fā)明的申請(qǐng)專利范圍；凡其它未脫離本發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或替換，均應(yīng)包含在下述的權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種靜電放電保護(hù)元件，用于具有一輸入接墊(pad)的一集成電路，其特征在于，包括一拉起動(dòng)作裝置連接于該集成電路的一工作電壓與一接地電壓之間；及一第一級(jí)保護(hù)裝置具有一輸入端連接至該輸入接墊，并具有一輸出端連接至該接地電壓，其中于該第一級(jí)保護(hù)裝置的該輸出端與該拉起動(dòng)作裝置共用，該第一級(jí)保護(hù)裝置用以當(dāng)該接地電壓浮接時(shí)時(shí)，從該輸入接墊通過(guò)一靜電放電電流至該拉起動(dòng)作裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，所述的拉起動(dòng)作裝置至少包括一金屬-氧化物-半導(dǎo)體元件具有一發(fā)射極區(qū)域與該第一級(jí)保護(hù)裝置的該輸出端所共用。
3.如權(quán)利要求2所述的靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，所述的金屬-氧化物-半導(dǎo)體元件具有一集電極區(qū)域連接至該工作電壓，與一基極端連接至該接地電壓。
4.如權(quán)利要求2所述的靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，還包括一第二級(jí)保護(hù)裝置具有于該底材上的一第一閘氧化層，較該金屬-氧化物-半導(dǎo)體元件的一第二閘氧化層厚，該第二級(jí)保護(hù)裝置具有一第一端連接至該輸入接墊與一第二端連接至該接地電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，所述的第一級(jí)保護(hù)裝置至少包括一場(chǎng)氧元件具有一集電極區(qū)域作為該輸入端與一發(fā)射極區(qū)域作為該輸出端。
6.如權(quán)利要求5所述的靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，所述的場(chǎng)氧元件包括多個(gè)多晶硅結(jié)構(gòu)分布于該底材上，并位于該發(fā)射極區(qū)域與該集電極區(qū)域上方。
7.一種靜電放電保護(hù)元件，用于在一底材中具有一輸入接墊的一集成電路，其特征在于，包括一場(chǎng)氧元件具有一輸入端連接至該輸入接墊，與一輸出端連接至該集成申路的一接地電壓；及一第一半導(dǎo)體元件具有一第一端連接至一工作電壓，并具有一第二端于該底材中與該場(chǎng)氧元件的該輸出端共用，藉以當(dāng)該接地電壓浮接時(shí)時(shí)，從該輸入接墊經(jīng)由該場(chǎng)氧元件通過(guò)一靜電放電電流經(jīng)過(guò)該第一半導(dǎo)體元件。
8.如權(quán)利要求7所述的靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，還包括一第二半導(dǎo)體元件連接至該輸入接墊與該接地電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，所述的第一半導(dǎo)體元件于該底材上具有一閘氧化層較該第二半導(dǎo)體元件的閘氧化層薄。
10.如權(quán)利要求7所述的靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，所述的第一半導(dǎo)體元件該底材上分布著多個(gè)多晶硅結(jié)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求10所述的靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，所述的第一端以該多晶硅結(jié)構(gòu)為一自行對(duì)準(zhǔn)遮罩，植入離子于該底材中所完成的。
12.如權(quán)利要求7所述的靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，所述的第二端具有一發(fā)射極區(qū)域于該底材中，與多個(gè)多晶硅結(jié)構(gòu)分布于該發(fā)射極區(qū)域之上。
13.如權(quán)利要求7所述的靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，所述的場(chǎng)氧元件至少包括多個(gè)多晶硅結(jié)構(gòu)于該底材上的一主動(dòng)面積內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述的靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，所述的輸入端以該多晶硅結(jié)構(gòu)為一遮罩植入完成于該主動(dòng)面積下方。
15.如權(quán)利要求13所述的靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，所述的輸出端以該多晶硅結(jié)構(gòu)為一遮罩植入完成于該主動(dòng)面積下方。
16.在一底材中、具有一輸入接墊的一集成電路的一種場(chǎng)氧元件型式靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，包括一場(chǎng)氧區(qū)域具有多個(gè)隔離元件于該底材上；一第一基極區(qū)域于該底材上，并連接至該集成電路的一接地電壓；一第一場(chǎng)區(qū)域位于該場(chǎng)氧區(qū)域與該第一基極區(qū)域之間的該底材中，并連接至該接地電壓；一第二場(chǎng)區(qū)域于該場(chǎng)氧區(qū)域的外側(cè)的該底材中，該第二場(chǎng)區(qū)域連接至該輸入接墊；及一第三場(chǎng)區(qū)域于該第一基極區(qū)域的外側(cè)的該底材中，該第三場(chǎng)區(qū)域連接至一工作電壓。
17.如權(quán)利要求16所述的場(chǎng)氧元件型式靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，所述的第一場(chǎng)區(qū)域至少包括該場(chǎng)氧區(qū)域的一發(fā)射極部份與該第一基極區(qū)域的一發(fā)射極部份。
18.如權(quán)利要求16所述的場(chǎng)氧元件型式靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，還包括一第二基極區(qū)域于該第一基極區(qū)域的外側(cè)的該底材上，其中該第二基極區(qū)域有一閘氧化層較該第一基極區(qū)域的閘氧化層厚。
19.如權(quán)利要求18所述的場(chǎng)氧元件型式靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，所述的第二基極區(qū)域連接至該接地電壓。
20.如權(quán)利要求16所述的場(chǎng)氧元件型式靜電放電保護(hù)元件，其特征在于，具有多個(gè)導(dǎo)電接觸位于該第一場(chǎng)區(qū)域、該第二場(chǎng)區(qū)域與該第三場(chǎng)區(qū)域上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種靜電放電保護(hù)元件，它作為具有一輸入接墊(pad)的一集成電路的靜電放電保護(hù)元件，其包括一拉起動(dòng)作(pull－up)裝置，例如一金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管，負(fù)責(zé)ND與PD靜電放電模式，并連接于集成電路的一工作電壓與一接地電壓之間。一保護(hù)裝置，例如一場(chǎng)氧元件，具有一輸入端連接至輸入接墊與一輸出端連接至接地電壓，其中保護(hù)裝置位于底材中的輸出端與拉起動(dòng)作裝置共用(share)，并用以當(dāng)接地電壓浮接時(shí)(floating)時(shí)，從輸入接墊通過(guò)一靜電釋放(ESD)電流至拉起動(dòng)作裝置。
文檔編號(hào)H01L23/58GK1505143SQ02152650
公開日2004年6月16日 申請(qǐng)日期2002年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月28日
發(fā)明者繆俊偉 申請(qǐng)人:華邦電子股份有限公司