半导体设备及其构造方法技术

公开了一种半导体设备及其构造方法。在一些示例中，该半导体设备包括第一电源节点、输入‑输出节点以及位于第一电源节点与输入‑输出节点之间的第二电源节点。该半导体设备还包括保护元件，该保护元件被配置成阻挡第一电源节点与输入‑输出节点之间的载流子的寄生流，其中，载流子的寄生流基于第二电源节点的电压电平。

Semiconductor Equipment and Its Construction Method

【技术实现步骤摘要】
半导体设备及其构造方法
本公开涉及半导体设备。
技术介绍
在静电放电事件期间，半导体设备可能在供电轨或者输入-输出节点处经历电流脉冲。电流脉冲可能通过半导体设备中的双极结构而不是通过主静电放电(ESD)放电路径而引起载流子(例如电子和/或空穴)的寄生流。通过双极结构的寄生流可能导致半导体设备损坏。
技术实现思路
本公开描述用于抑制或者阻挡通过半导体设备的双极结构的寄生流的技术。寄生流可能由例如静电放电(ESD)事件期间在电源节点或者输入-输出节点处的电流脉冲引起。电流脉冲可能引起通过双极结构的寄生流。为了防止寄生流，半导体设备可以包括与寄生流串联电连接的保护元件。例如，保护元件可以被配置成通过在与双极结构允许的载流子的流相反的方向上允许载流子的流来阻挡寄生流。在一些示例中，一种设备包括第一电源节点、输入-输出节点以及位于第一电源节点与输入-输出节点之间的第二电源节点。该设备还包括保护元件，该保护元件被配置成阻挡第一电源节点与输入-输出节点之间的载流子的寄生流，其中，载流子的寄生流基于第二电源节点的电压电平。在一些示例中，一种方法包括：形成p型衬底，在p型衬底上形成p阱，以及在p型衬底上形成与p阱相邻的n阱。该方法还包括在n阱上形成第一电源节点，其中，形成第一电源节点包括在n阱上形成p型材料。该方法还包括在p阱上形成第二电源节点，其中，形成第二电源节点包括在p阱上形成p型材料。该方法包括在p阱上形成输入-输出节点，其中，形成输入-输出节点包括在p阱上形成n型材料。在附图和下面的描述中阐述了一个或更多个示例的细节。本公开的其他特征、目标、以及优点从说明书和附图以及权利要求书将变得明显。附图说明图1是示出根据本公开的一些示例的设备的概念框图，该设备包括被配置成阻挡电源节点与输入-输出节点之间的寄生流的保护元件；图2A至图2C示出了根据本公开的一些示例的、具有在输入-输出节点与一个或更多个电源节点之间的寄生流的半导体设备；图2D是示出了根据本公开的一些示例的、从输入-输出节点至电源节点的寄生流的电路图；图3A示出了根据本公开的一些示例的、包括被配置成阻挡寄生流的p-n二极管的半导体设备；图3B是示出根据本公开的一些示例的、被配置成阻挡从输入-输出节点至电源节点的寄生流的p-n二极管的电路图；图4A示出了根据本公开的一些示例的、具有保护元件和不具有保护元件的测试设备的传输线脉冲轨迹；图4B示出了根据本公开的一些示例的、包括被配置成阻挡输入-输出节点与电源节点之间的寄生流的p-n二极管的半导体设备；图5是示出根据本公开的一些示例的、被配置成阻挡从输入-输出节点到电源节点的寄生流的金属氧化物半导体晶体管的电路图；图6A示出了根据本公开的一些示例的、在输入-输出节点与电源节点之间具有寄生流的半导体设备；图6B是示出根据本公开的一些示例的、从电源节点至输入-输出节点的寄生流的电路图；图7是示出根据本公开的一些示例的、被配置成阻挡从电源节点至输入-输出节点的寄生流的p-n二极管的电路图；图8示出了根据本公开的一些示例的包括p-n二极管的半导体设备，该p-n二极管被配置成阻挡输入-输出节点与电源节点之间的寄生流；图9是示出根据本公开的一些示例的、用于构造被配置成阻挡输入-输出节点与电源节点之间的寄生流的半导体设备的示例技术的流程图；图10是示出在正常工作和静电放电(ESD)事件期间保护元件和寄生结构的工作的并排流程图。具体实施方式本公开描述了用于阻挡或者阻止输入-输出节点与电源节点之间的寄生电流的设备、方法以及技术。在由例如静电放电(ESD)事件引起的输入-输出节点处的电流脉冲期间可能产生寄生流。在一些示例中，设备的结构可以允许载流子的寄生流，该载流子的寄生流可以流过由设备中的双极结构产生的低阻抗路径。ESD事件期间寄生结构的低阻抗可能导致高电流，这可能损坏设备。为了防止输入-输出节点与电源节点之间的寄生流，设备可以包括保护元件，例如p-n二极管、金属氧化物半导体(MOS)晶体管和/或双极晶体管。保护元件可以被配置成阻挡在ESD事件期间的寄生流或载流子。保护元件和设备的结构可以使载流子不流过寄生结构或者在输入-输出节点与另一电源节点之间流动，这可以减少对设备的损坏。防止载流子的寄生流的另一种设计方法是增加输入-输出节点与电源节点(例如，图1中的节点110和130)之间的距离。这种设计方法增加了设备的总体积，这可能由于成本和形式因素的原因而不是所期望的。这种设计方法还降低电源节点相对于闩锁(latch-up)条件的收集效率。此外，这种设计方法不能应用于三维隔离方案。另一种设计方法包括输入-输出节点与电源节点之间的高欧姆连接。例如，连接可以具有大于100欧姆的电阻，但是电源节点的收集效率可能随着电阻的增加而降低。而且，随着电阻的增加，闩锁风险变得更高。又一种设计方法包括其阴极连接至输入-输出节点的齐纳二极管或者雪崩二极管。二极管的阳极可以连接至具有与输入-输出节点不同的掺杂类型的中间电源节点。在输入-输出节点与类似掺杂的电源节点之间仍然可能产生载流子的寄生流，但与没有齐纳二极管或者雪崩二极管的设备相比，寄生流的可能性较小。由于齐纳二极管的覆盖区大，这种设计方法将增加设备的尺寸。此外，闩锁保护方案将消耗相当大的面积，因为齐纳二极管的阴极可能是距离设备的有源电路较远的深电子发射极。因此，与其他设计相比，使用保护元件来阻挡载流子的寄生流可以带来成本节约和更小的体积。保护元件可用于处理过电压冲击或欠电压冲击。过电压容差或者欠电压容差可能是主要的设计考虑因素。过电压和欠电压的原因包括噪声交叉耦合和系统供电顺序。在一些示例中，系统可能不一定能够在输入-输出节点的电压电平升高之前防止高侧电源升高。此外，设备中较少的组件可能导致输入-输出节点在有限时间内接收远高于高侧电源的电压电平的情况。鲁棒并且面积优化的过电压容差或者欠电压容差ESD以及闩锁保护可以提高系统设计的灵活性，并且增加设备对客户的价值。图1是示出根据本公开的一些示例的设备100的概念框图，设备100包括被配置成阻挡电源节点110与输入-输出节点130之间的寄生流150的保护元件140。设备100包括电源节点110和120、输入-输出节点130和保护元件140。设备100以及设备100的任何元件可以包括诸如硅、锗、砷化镓、氮化镓、碳化硅的半导体材料和/或任何其他合适的半导体材料。设备100可以被配置成作为各种设备中的电力电子电路的驱动器来工作，各种设备包括计算机、移动设备、电视和/或电动机。电源节点110和120均可以被配置成接收电源，例如高侧电压源(例如，VDD)或者低侧电压源(例如，参考接地(GND)，VSS)。电源节点110和120中的每一个可以包括高掺杂半导体材料，例如n+材料或p+材料。在一些示例中，电源节点110可以通过环绕设备100的两侧或更多侧来形成保护轨。电源节点120可以在两侧或者更多侧上环绕输入-输出节点130，如图2C所示。电源节点120可以位于电源节点110与输入-输出节点130之间。电源节点120可以包括与电源节点110不同类型的高掺杂半导体材料。例如，电源节点110包括n+材料，电源节点120可以包括p+材料。电源节点120处的电压电平会影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体设备，包括：第一电源节点；输入‑输出节点；位于所述第一电源节点与所述输入‑输出节点之间的第二电源节点；以及保护元件，所述保护元件被配置成阻挡所述第一电源节点与所述输入‑输出节点之间的载流子的寄生流，其中，所述载流子的寄生流基于所述第二电源节点的电压电平。

【技术特征摘要】
2018.02.07 US 15/891,1331.一种半导体设备，包括：第一电源节点；输入-输出节点；位于所述第一电源节点与所述输入-输出节点之间的第二电源节点；以及保护元件，所述保护元件被配置成阻挡所述第一电源节点与所述输入-输出节点之间的载流子的寄生流，其中，所述载流子的寄生流基于所述第二电源节点的电压电平。2.根据权利要求1所述的半导体设备，其中，所述保护元件被配置成阻挡从所述输入-输出节点到所述第一电源节点的正载流子的寄生流。3.根据权利要求2所述的半导体设备，其中，所述保护元件被配置成阻挡通过n-p-n寄生结构从所述输入-输出节点到所述第一电源节点的正载流子的寄生流，其中，所述n-p-n寄生结构的第一n区包括所述输入-输出节点，以及其中，所述n-p-n寄生结构的第二n区电连接至所述保护元件的n型材料。4.根据权利要求3所述的半导体设备，其中，所述保护元件包括p-n二极管，其中，所述p-n二极管的p型材料电连接至所述第一电源节点，以及其中，所述p-n二极管的n型材料电连接至所述n-p-n寄生结构的所述第二n区。5.根据权利要求2至4中任一项所述的半导体设备，其中，所述保护元件包括有源保护元件，所述有源保护元件被配置成阻挡从所述输入-输出节点到所述第一电源节点的正载流子的寄生流。6.根据权利要求5所述的半导体设备，其中，所述有源保护元件包括金属氧化物半导体晶体管，所述金属氧化物半导体晶体管被配置成阻挡从所述输入-输出节点到所述第一电源节点的正载流子的寄生流。7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体设备，其中，所述第一电源节点是第一高侧电源节点，以及其中，所述第二电源节点是第一低侧电源节点。8.根据权利要求7所述的半导体设备，还包括：第二高侧电源节点；以及位于所述第二高侧电源节点与所述输入-输出节点之间的第二低侧电源节点。9.根据权利要求8所述的半导体设备，还包括n型隔离保护环，所述n型隔离保护环包括所述第一高侧电源节点和所述第二高侧电源节点，其中，所述n型隔离保护环至少部分地包围所述第一低侧电源节点、所述第二低侧电源节点以及所述输入-输出节点。10.根据权利要求8或9所述的半导体设备，其中，所述第一高侧电源节点包括第一n阱，其中，所述第二高侧电源节点包括第二n阱，所述第二n阱电连接至所述第一n阱，其中，所述半导体设备还包括与所述第一n阱、所述第二n阱、所述第一低侧电源节点、所述第二低侧电源节点以及所述输入-输出节点相邻的p阱，其中，所述保护元件被配置成阻挡通过n-p-n寄生结构的正载流子的寄生流，以及其中，所述n-p-n寄生结构的p区包括所述p阱。11.根据权利要求1所述的半导体设备，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫尔诺特·朗古特，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE