[发明专利]半导体装置和包括该半导体装置的ESD保护装置

说明书

本发明涉及一种静电放电保护装置。更具体地，本发明涉及一种对于ESD保护目的特别有用的半导体装置。半导体装置的特征在于，半导体装置还包括：集成在半导体本体上并且与第一电子部件间隔开的第二电子部件；以及第一电容性元件。第二电子部件包括第一电荷类型的第一次级区域、以及与第一次级区域相邻布置的第二电荷类型的第二次级区域，其中第二次级区域电连接到第二装置端子。第一电容性元件的第一端子电连接到第二主区域，并且第一电容性元件的第二端子电连接到第一次级区域。

技术领域

本发明涉及一种半导体装置。更具体地，本发明涉及一种对ESD保护目的特别有用的半导体装置。

背景技术

例如由于装置(或电路)与不同带电的物体之间的紧密接触、或者由于装置(或电路)与物体之间的电介质击穿而导致突然的电流，电子装置和电路可能遭受静电放电(ESD)事件。由于ESD事件的突然放电而引起的过大的电流可能对敏感电子装置造成严重和/或永久的损坏。

ESD保护装置可用于防止对电子装置或电路的这种损坏。例如，专用ESD保护装置可以并联地电连接到电子装置以分流ESD电流。图1中示出了示例性配置，在该配置中ESD保护装置10连接在例如电子电路20(诸如集成电路(IC))的信号线21和轨线(rail line)22之间。可替代地，ESD保护装置10可与电子电路20集成在单个IC中。

通常，ESD保护装置或电路具有相对高的电流处理能力，并且通过允许由于ESD事件引起的电流的相当一部分改为流过ESD保护装置，来防止或限制该电流流过(一个或多个)敏感电子装置。同时，ESD保护装置应当将(一个或多个)敏感电子装置或(一个或多个)电路内的电压限制到足够低的电平，以防止损坏要保护的连接的(一个或多个)电子装置或(一个或多个)电路。

如图2所示，开路基极结构的双极结型晶体管(BJT)经常用于ESD保护装置中。这里，开路基极结构是指通过使BJT的基极端子不连接而将BJT作为二端子器件操作。因此，在操作时，BJT的基极端子将处于浮置电位。

在图2中，开路基极结构的BJT 11连接在第一端子12a和第二端子12b之间。第一端子12a和第二端子12b例如可以对应于如图1所示的ESD保护装置10的端子。

BJT 11可以对称地或非对称地形成。对于对称的BJT 11，发射极和集电极被相同或相似地掺杂，使得BJT 11不论ESD事件的极性如何都基本上相同地操作。在这种情况下，取决于ESD事件的极性，BJT 11的发射极可以发挥集电极的作用，反之亦然。可替代地，如果BJT 11非对称地形成，则ESD保护装置10的性能可因静电放电事件的极性而异。

ESD保护装置10的操作如下。在ESD事件期间，第一端子12a和第二端子12b两端的电压迅速上升。由于BJT 11的基极端子处于浮置电位，基极端子的电位将在ESD事件期间自调节。具体地，在ESD事件期间，BJT 11的基极-集电极结将被反向偏置，使得最初基本上没有电流可以流过BJT 11。因此，基极-发射极结在这个阶段也不能被正向偏置。通过基极的自调节电位来确保这种情况。换句话说，随着第一端子12a和第二端子12b两端的电压增大(即，由于ESD事件)，基极-集电极结两端的电压也将增大。

在一段时间之后，基极-集电极结两端的电压将超过该结的击穿电压，导致该结雪崩击穿。由于电流现在可以流过基极-集电极结，基极-发射极结将由于基极的自调节电位而变得正向偏置，从而使得电流能够通过BJT 11在第一装置端子12a和第二装置端子12b之间流动。此时，BJT 11的发射极开始将电荷载流子注入基极。一旦来自发射极的电荷载流子到达基极-集电极雪崩区域，BJT 11将进入“急速返回(snapback)”模式，并且BJT 11两端的电压将降低。此时，BJT 11切换到低欧姆接通状态，在该状态中，可以容纳来自ESD事件的大量电流。