[發明專利]半導體裝置和包括該半導體裝置的ESD保護裝置

在審

• 申請號: 202210903797.0
• 申請日: 2022-07-28
• 公開（公告）號: CN115692408A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 漢斯-馬丁·里特;斯特凡·賽德爾
• 申請（專利權）人: 安世有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 張娜;李榮勝

本發明涉及一種靜電放電保護裝置。更具體地，本發明涉及一種對于ESD保護目的特別有用的半導體裝置。半導體裝置的特征在于，半導體裝置還包括：集成在半導體本體上并且與第一電子部件間隔開的第二電子部件；以及第一電容性元件。第二電子部件包括第一電荷類型的第一次級區域、以及與第一次級區域相鄰布置的第二電荷類型的第二次級區域，其中第二次級區域電連接到第二裝置端子。第一電容性元件的第一端子電連接到第二主區域，并且第一電容性元件的第二端子電連接到第一次級區域。

技術領域

本發明涉及一種半導體裝置。更具體地，本發明涉及一種對ESD保護目的特別有用的半導體裝置。

背景技術

例如由于裝置(或電路)與不同帶電的物體之間的緊密接觸、或者由于裝置(或電路)與物體之間的電介質擊穿而導致突然的電流，電子裝置和電路可能遭受靜電放電(ESD)事件。由于ESD事件的突然放電而引起的過大的電流可能對敏感電子裝置造成嚴重和/或永久的損壞。

ESD保護裝置可用于防止對電子裝置或電路的這種損壞。例如，專用ESD保護裝置可以并聯地電連接到電子裝置以分流ESD電流。圖1中示出了示例性配置，在該配置中ESD保護裝置10連接在例如電子電路20(諸如集成電路(IC))的信號線21和軌線(rail line)22之間?？商娲兀珽SD保護裝置10可與電子電路20集成在單個IC中。

通常，ESD保護裝置或電路具有相對高的電流處理能力，并且通過允許由于ESD事件引起的電流的相當一部分改為流過ESD保護裝置，來防止或限制該電流流過(一個或多個)敏感電子裝置。同時，ESD保護裝置應當將(一個或多個)敏感電子裝置或(一個或多個)電路內的電壓限制到足夠低的電平，以防止損壞要保護的連接的(一個或多個)電子裝置或(一個或多個)電路。

如圖2所示，開路基極結構的雙極結型晶體管(BJT)經常用于ESD保護裝置中。這里，開路基極結構是指通過使BJT的基極端子不連接而將BJT作為二端子器件操作。因此，在操作時，BJT的基極端子將處于浮置電位。

在圖2中，開路基極結構的BJT 11連接在第一端子12a和第二端子12b之間。第一端子12a和第二端子12b例如可以對應于如圖1所示的ESD保護裝置10的端子。

BJT 11可以對稱地或非對稱地形成。對于對稱的BJT 11，發射極和集電極被相同或相似地摻雜，使得BJT 11不論ESD事件的極性如何都基本上相同地操作。在這種情況下，取決于ESD事件的極性，BJT 11的發射極可以發揮集電極的作用，反之亦然?？商娲?，如果BJT 11非對稱地形成，則ESD保護裝置10的性能可因靜電放電事件的極性而異。

ESD保護裝置10的操作如下。在ESD事件期間，第一端子12a和第二端子12b兩端的電壓迅速上升。由于BJT 11的基極端子處于浮置電位，基極端子的電位將在ESD事件期間自調節。具體地，在ESD事件期間，BJT 11的基極-集電極結將被反向偏置，使得最初基本上沒有電流可以流過BJT 11。因此，基極-發射極結在這個階段也不能被正向偏置。通過基極的自調節電位來確保這種情況。換句話說，隨著第一端子12a和第二端子12b兩端的電壓增大(即，由于ESD事件)，基極-集電極結兩端的電壓也將增大。

在一段時間之后，基極-集電極結兩端的電壓將超過該結的擊穿電壓，導致該結雪崩擊穿。由于電流現在可以流過基極-集電極結，基極-發射極結將由于基極的自調節電位而變得正向偏置，從而使得電流能夠通過BJT 11在第一裝置端子12a和第二裝置端子12b之間流動。此時，BJT 11的發射極開始將電荷載流子注入基極。一旦來自發射極的電荷載流子到達基極-集電極雪崩區域，BJT 11將進入“急速返回(snapback)”模式，并且BJT 11兩端的電壓將降低。此時，BJT 11切換到低歐姆接通狀態，在該狀態中，可以容納來自ESD事件的大量電流。