瞬态电压保护电路和器件的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明通常涉及电子电路和器件，并且在特定实施例中，涉及瞬态电压保护电路和器件。
【背景技术】
[0002]半导体器件是通过在半导体工件、晶圆或衬底上方淀积许多不同类型的材料层并使用光刻法图案化各种材料层来制造的。材料层典型地包括被图案化、刻蚀或改变以形成集成电路(IC)的传导、半导体和绝缘材料的薄膜。例如，可能有在单个管芯或芯片上形成的多个晶体管、存储器器件、交换机、导线、二极管、电容器、逻辑电路和其它电子组件。
[0003]许多IC包括静电放电(ESD)保护电路，该静电放电保护电路被设计成保护IC免受瞬态电压，诸如ESD事件和浪涌。ESD保护电路典型地被设计成:在ESD事件期间打开，并形成电流放电路径以分流大的ESD电流，并将输入/输出(I/O)和电源焊盘的电压钳位到足够低电平以防止IC被损坏。例如，电流分流路径往往由有源器件提供，该有源器件为传导路径提供相对低的导通电阻。ESD保护电路典型地确保低电阻路径，以防止电压免于建立到潜在地损坏电平。
[0004]例如，ESD保护电路可包括元件，诸如二极管、电阻、晶闸管、晶体管和/或电容器。例如，一些ESD保护电路可包括触发电路、缓冲电路和/或钳位电路。
[0005]然而，集成电路(IC)上的面积往往是有限的。此外，随着诸如逻辑电路、存储器和其它电路之类的IC上的一些器件被缩放到更小的几何形状，ESD保护电路的尺寸可能不一定减小尺寸。ESD保护电路可占据大百分比的管芯表面面积，并且可进一步限制IC尺寸的减小，并增加成本。
[0006]此外，随着工作频率增加，在输入和输出连接上的寄生电容变得更加显著。因此，需要占据小的IC面积并包括最小寄生电容的改进的ESD保护电路。
【发明内容】
[0007]根据实施例，瞬态电压保护电路包括第一集成电路，第一集成电路包括:输入节点，输出节点，在输入节点和参考电压节点之间耦合的第一瞬态电压保护组件，以及在输入节点和输出节点之间耦合的阻抗元件。第一瞬态电压保护组件具有第一动态电阻，而输出节点被配置成耦合到具有大于第一动态电阻的第二动态电阻的静电放电(ESD )保护组件。
[0008]在另一个实施例中，保护电路免受瞬态电压的方法包括:为瞬态电压保护电路提供输入节点和输出节点，在输入节点处接收瞬态峰值电流，通过耦合到输入节点的瞬态保护二极管而将大部分瞬态峰值电流传导到地，并通过在输入节点和输出节点之间耦合的电阻元件而传导小部分瞬态峰值电流。输出节点被配置成耦合到具有进一步的瞬态电压保护电路的受保护的器件(DUP)。瞬态保护二极管的动态电阻小于进一步的瞬态电压保护电路的动态电阻。
[0009]根据进一步的实施例，半导体器件包括:衬底，在衬底中形成的第一静电放电(ESD) 二极管，在衬底的顶面处形成的绝缘层，在绝缘层的顶面处形成的第一接触层，在绝缘层中形成并将第一接触层耦合到第一 ESD 二极管的第一传导层，在绝缘层中紧邻第一传导层形成的电阻层，在绝缘层的顶面处形成的第二接触层，以及在绝缘层中形成并将第二接触层耦合到电阻层的第二传导层。第一 ESD 二极管包括到与第一动态电阻连接的地的放电路径，而第二接触层被配置成耦合到第二 ESD 二极管，第二 ESD 二极管具有大于第一动态电阻的第二动态电阻。
[0010]在更进一步的实施例中，保护电路免受瞬态电压的方法包括:在输入节点和输出节点之间親合的瞬态电压保护电路处接收瞬态峰值电流，基于接收的瞬态峰值电流而生成跨过瞬态电压保护二极管的第一电压降，并基于接收的瞬态峰值电流而生成跨过电阻元件的第二电压降。电阻元件耦合在输入节点和输出节点之间，而输出节点被配置成耦合到具有次级瞬态电压保护二极管的受保护的器件(DUP)。瞬态电压保护二极管的动态电阻小于次级瞬态电压保护二极管的动态电阻。
[0011]根据又一个实施例，半导体器件包括:被布置在半导体衬底上方的第一接触焊盘，包括第一动态电阻的第一瞬态电压保护器件，被布置在半导体衬底中或上方的电阻层，以及被布置在半导体衬底上方的第二接触焊盘。第一瞬态电压保护器件被布置在半导体衬底中或上方。第一瞬态电压保护器件耦合到第一接触焊盘，而电阻层耦合到第二接触焊盘。第二接触焊盘被配置成耦合到具有大于第一动态电阻的第二动态电阻的第二瞬态电压保护器件。
【附图说明】
[0012]为了更全面地理解本发明及其优点，现在结合附图对以下描述做出参考，其中:
图1a图示实施例ESD保护系统的系统框图；
图1b图示实施例ESD保护系统的示意图；
图2a和2b图示包括电路板和ESD保护集成电路的实施例ESD保护系统的图；
图3图示实施例ESD保护电路的示意图；
图4a、4b、4c和4d图示各种实施例ESD器件的示意图；
图5图示实施例保护电路的横截面；
图6图示操作的实施例方法的系统框图；
图7图示操作的另一个实施例方法的系统框图；以及图8a和8b图示实施例ESD保护组件的1-V图表。
[0013]不同附图中的相应的数字和符号通常指代相应的部件，除非另有指示。附图被绘制以清楚地图示实施例的相关方面，而不一定按比例绘制。
【具体实施方式】
[0014]下面详细讨论各种实施例的制造和使用。然而，应当理解:本文所述的各种实施例可应用于各种各样的具体上下文中。讨论的具体实施例仅仅说明制造和使用各种实施例的具体方式，而不应当被解释为限制范围。
[0015]做出关于具体上下文中各种实施例的描述，所述各种实施例即为集成电路(IC)并且更特别地为瞬态电压(包括静电放电(ESD)和浪涌事件)保护器件和电路。本文所述的各种实施例中的一些包括ESD保护组件、瞬态电压抑制(TVS)二极管和单级ESD保护器件。在其它实施例中，根据如本领域中已知的任何方式，方面还可应用于涉及任何类型的ESD电路的其它应用。此外，本文中反复使用术语瞬态电压、ESD和浪涌以描述一般的电压瞬态或具体的已知类型的电压瞬态。应当理解:本文所述的实施例保护电路可应用于保护组件或器件免受任何类型的电压瞬态，包括如在许多标准中定义的和由本领域的技术人员理解的ESD事件和浪涌事件。因此，关于诸如ESD事件或浪涌事件之类的具体电压瞬态的描述还可应用于任何其它电压瞬态。
[0016]根据各种实施例，公开单级ESD保护电路，其维持高性能并且包括低寄生电容和减小的面积。在半导体工业中，特征尺寸或尺度不断减小。由于特征尺寸随着每个新技术节点而变小，半导体电路的ESD灵敏度正同时增加。根据各种实施例，本文公开有效的ESD保护电路，其解决半导体电路的日益增加的灵敏度，同时减小对信号完整性(SI)的有害影响。根据一些示例，例如，这种单级ESD保护电路对于高速信号线、音频输出级、低噪声放大器或其它高度ESD敏感的信号线特别有用。根据在本文中参考附图所述的各种实施例，众多的优点将对本领域技术人员显而易见。例如，本文所述的ESD保护电路可应用于任何类型的电压瞬态保护，诸如浪涌事件保护。
[0017]图1a图示实施例ESD保护系统100的系统框图，该ESD保护系统100包括单级ESD保护电路102和受保护的器件(DUP) 104。根据各种实施例，每个ESD级提供通过放电或浪涌器件到地的路径。因此，通过诸如瞬态电压抑制(TVS) 二极管之类的单个放电或浪涌器件，单级ESD保护电路102提供到地的单个电流路径。在各种实施例中，旨在用于DUP104的输入信号首先穿过单级ESD保护电路102。由于此原因，在正常操作期间，有利的是:相比具有一级以上的ESD电路，ESD保护电路引入最小的阻抗，包括电阻和寄生电容。因此，单级ESD保护电路102包括最小的阻抗。在瞬态电压事件期间，诸如ESD或浪涌事件，当在输入节点IN处接收ESD或浪涌电流时，通过将ESD电流的大部分Idis转移到地，单级ESD保护电路102在输出节点OUT处将电压钳位到较低电压。
[0018]在各种实施例中，DUP 104可以是保护免受ESD或浪涌事件的任何电路，并且可包括一些额外的ESD保护。例如，DUP 104包括能够在节点OUT处保护DUP 104免受小幅度的ESD事件的ESD电路(诸如在单级ESD保护电路102耦合到节点OUT之前)。例如，这种较小的事件可包括由ANSI/ESDA/JEDEC JS-001标准定义的人体模型(HBM)级ESD事件。相比之下，单级ESD保护电路102可能能够保护DUP 104免受大幅度的ESD事件，诸如例如由IEC 61000-4-2