专利名称：Mos电路的保护装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及MOS电路的保护装置(绝缘栅场效应晶体管集成电路)，它位于覆盖MOS电路衬底的绝缘层上的焊接区与被保护的晶体管之间，它包含一个相反的其它导电类型的电阻，该电阻位于衬底中并把焊接区连接到晶体管的端点上。
自从MOS集成电路的早期以来，这样的保护装置就已被使用了，并且用于保护敏感栅的绝缘层不受静态和/或动态过电压的损害，过电压是通过已封装的集成电路的外线端到达焊接区并由此到达关连的晶体管的栅。如果过电压超过绝缘栅的介电强度就会毁坏晶体管。权利要求1的上述前序部分建立于已有记载的现有技术，例如DE-B1639255。如果需要的话，可以把一个旁路晶体管连接到电阻和被保护的晶体管之间的接合点。
然而，结果是在焊接区与被保护的晶体管之间插入一个电阻以及使用旁路晶体管是不够的，而需要进一步的措施来保证当集成电路通过电流标准实验时该装置起作用。在该实验中，把2KV数量级的电压脉冲由电容通过一串连电阻加到焊接区，该电压脉冲能产生1A的脉动电流。
如权利要求所述的本发明的目的是要改善现有技术的保护装置，使它至少在上述实验条件下能够可靠地保护那些与MOS集成电路焊接区耦合的晶体管。
按照本发明的保护装置，在超过上述实验条件下，能够保证可靠的保护作用。在制造MOS集成电路方面，实现这种保护不需要任何附加的步骤。即，仅需要提供一些附加区域和面积，而这些区域和面积随着那些制造MOS集成电路是必不可少的工艺步骤即可形成。
下面参考附图更详细地说明本发明，其中
图1是保护装置的一个优选实施例的高度简略平面图;
图2是沿着图1中线A-A的剖面图和图1保护装置的等效电路图;
图3是图1装置的一个改进实施例的高度简略平面图;
图4是沿图3的A-A线的剖面图和这个装置的等效电路;
图5是一个在两边实现图3改进的实施例的高度简略平面图。
在图1的优选实施例的高度简略平面图中，为了容易说明，没有画出旁路晶体管和被保护的晶体管。在图1中，焊接区P的和互连通路b的导电表面一般由适宜的金属例如铝制成，用交叉阴影线表示。从左上部到右下部的阴影单斜线表示扩展区e，用这个区域在焊接区和被保护的晶体管之间提供上述的电阻。
在本发明中，扩展区e被包含在MOS集成电路的衬底S内(用图1中的白区表示)，即可以采用任何一种惯用的掺杂技术，如离子注入、固相或汽相扩散，在衬底S中形成扩展区e。扩展区e的导电类型与衬底S的导电类型相反，即扩展区e具有与MOS电路的晶体管的源区和漏区相同的导电类型，而且它有低的电阻。
扩展区e的表面形状与焊接区P的形状相同。在图1的优选实施例中，它是与焊接区P一样的正方形。支撑焊接区P的扩展区e中心面积大于焊接区面积，而且与焊接区低阻接触，例如通过沿焊接区P的周围排列的很多小接触区实现这个低阻接触。为了清楚起见，没有把它们表示在图1中，但由图2的剖面图中可以看出，并以参考符号C表示。在图1中，由扩展区e的条带围绕焊接区，条带e各处宽度相同，并在图1的平面图中扩展超过焊接区。然而，仅仅在焊接区P与区域Z相邻的那些侧边才需要这样，因此支撑焊接区P的不一定是扩展区e的中心区域。
在图1中，扩展区e在三个侧边与最小宽度的细长区Z相邻，两区之间相隔一个最小间距。细长区Z与扩展区e有相同的导电类型和相同的电阻率，于是它与扩展区e的三个侧边平行地延伸，由此形成一个270°的包围区 采用术语“最小宽度”和“最小间距”表示按照实际集成电路的设计规则所能允许的那些最小尺寸。
如上所述的以及由交叉阴影线所表示的，借助互连通路b，形成对细长区Z表面全长的低阻接触，通路b与电路地端相连。通过很多小接触区实现这种连接，其中两个以d表示在图2中。
在图2中，沿图1的A-A线的剖面图展示了具有P型衬底的MOS电路，可以看见由图1的几何形状决定的各个区域部分。左边展示的是图1中区域Z的左侧垂直部分，与互连通路b的相应部分在一起。接下来是焊接区P下面的扩展区e。这里可见焊接区的整个宽度，而且它的中心区域支撑绝缘层i，进而支撑焊接区P并在区域C与焊接区相连。在扩展区e右侧接下来设置的是图1中细长区Z的右侧垂直部分。
图2中的晶体管t，展示了当焊接区P发生过电压时，例如应用上述实验电压，衬底S做为晶体管t的基区，扩展区e做为集电区，而细长区Z做为发射区。当焊接区P通过高电压时，导致晶体管t处于集电极-发射极通路的击穿区，即处于集电极电流/集电极-发射极电压特性的衰减部分。结果，焊接区的电压和传输到那里的能量被大大地降低。另外，存贮在基区的电荷足以使得集电极-发射极电压下降，甚至当来自实验电压源的电流减小时也会这样。
处于击穿电压区使得在上述实验装置的串联电阻两端产生一个压降。一方面，它防止任何损伤电压到达被保护的晶体管;另一方面，减少了旁路晶体管的电流负载，如果这样的晶体管是存在的话。当施加实验信号时，焊接区P的电压上升直至扩展区e与衬底S之间的pn结被击穿，由此提高了衬底的电位，直到比接地的细长区Z更正。于是细长区Z充当等效电路晶体管t的发射区。
在图3的改进实施例的高度简略平面图里，为了清楚起见，象图1一样没有画出旁路晶体管和被保护的晶体管。图3中，通常由合适的金属、例如铝制成的焊接区P的导电表面和互连通路b都用交叉阴影线表示。用从左上部到右下部的阴影单斜线表示扩展区e和电阻区W。利用该区域在焊接区和被保护的晶体管之间提供上述的电阻。
电阻区W是包含在MOS电路的衬底S中(再次用白区表示)并代表扩展区e的延伸，其导电类型和电阻率与扩展区e的相同。
电阻区W与扩展区e的右侧边K平行地延伸，并在下端与扩展区e的下端直角连接在一起。在上端，电阻区W通过辅加的互连通路b′，形成触点并引到接线端，例如被保护的晶体管的栅区或源区。
在图3中，最小宽度的细长区Z在相互面对着的电阻区W和扩展区e的两条侧边之间延伸。除了这部分之外，象图1一样细长区Z与扩展区e的其它侧边平行地延伸，并且与那个从扩展区e延长出来的电阻区W的另一侧边Ls平行地延伸，结果构成一个旋转角度大约为400°的螺旋矩形条。
在图3中，借助与电路地端相连的互连通路b，构成与细长区Z全长表面的低阻接触。也是通过很多小面积的接触构成这种连接，其中几个可见于图4中的d点。
图4展示了沿图3中的线A-A的剖面图，与图2相似。除了图2所示的区域以外，电阻区W和细长区Z右侧部分设置在右边。由此晶体管t′有一个附加的集电区，它由电阻区W构成。其作用和图2中的集电区相同并起支撑后者的作用。
图5展示实施双重的图3中的改进的结构，这适用于、例如必须利用一个保护装置对例如两个独立的晶体管的栅或漏进行保护。电阻区W1相应于图3中的电阻区W，而电阻区W2是以相同的方法设置在与那个形成向扩展区e过渡的拐角相对的拐角处。两个电阻区W1、W2需要两个细长分区Z1、Z2，细长分区Z1位于彼此面对着的电阻区W1和扩展区e的那些侧边之间以及彼此面对着的电阻区W2和扩展区e的那些侧边之间。
于是，两个电阻区W1、W2与一个单独的扩展区e相连系，因此获得一个紧密结合的布局。
另外一个细长分区Z2与扩展区e的外侧边平行地延伸，如同图3那样，并且平行于电阻区W1、W2的那些不是与扩展区侧边面对着的侧边。在这种情况下，分区Z2是一个旋转角仅大约为300°的矩形条。两个分区Z1、Z2通过导电连接区f互连。每个电阻区W1、W2比如可以与被保护的晶体管的不同端相连接。
优选各电阻区W1、W2的电阻值，使得通过两个附加的互连通路b′、b″连接的MOS电路的工作状态，刚好不受在焊接区与电路中的“第一”晶体管之间的电阻的干扰。而且，电阻区W1、W2的面积大小最好这样选取，使得因标准实验电流值而在电阻两端引起的电压降正好等于扩展区e与衬底S之间的pn结的击穿电压。
如果焊接区P出现过电压，上述保护装置就会沿电阻区W产生一个电压降，而附加的互连通路b′中没有任何电流流动。电压降的大小和形成速度足以保护后续的电路不受过电压的破坏。
正如以上所述，扩展区e的面积大于焊接区P的面积，由此可以防止任何二次击穿。这导致一个足够大的串联电阻，因为pn结的击穿总是在边缘开始。
权利要求
1.MOS电路(绝缘栅场效应晶体管集成电路)的保护装置，该装置位于覆盖MOS电路衬底的绝缘层上面的焊接区(P)与被保护的晶体管之间，并包含相反的其它导电类型的电阻，该电阻位于衬底中，并且把焊接区连接到晶体管的端点上，其特征在于这个电阻是一个扩展区(e)，其表面形状与焊接区(P)的形状相同，扩展区面积大于焊接区，由扩展区、最好是中心区域来支撑焊接区，并通过焊接区构成与扩展区的低阻接触；扩展区(e)至少部分边缘与具有择优最小宽度的细长区(Z、Z1、Z2)相邻，并与细长区相隔一最小间距；细长区与扩展区(e)有相同的导电类型和相同的电阻率；细长区在其表面通过与电路地端相接的互连通路(b)构成接触，在表面与互连通路b之间的连接具有低电阻。
2.如权利要求1所述的保护装置，其特征在于扩展区(e)延长成为一个伸长的电阻区(W、W1、W2)并包含于衬底(S)中，伸长的电阻区至少与扩展区(e)的一个侧边平行地延伸，并间以最小宽度的细长区(Z、Z1、Z2)与扩展区分开，细长区(Z、Z1、Z2)也与电阻区(W、W1、W2)的一个长边Ls平行地延伸，电阻区(W、W1、W2)从扩展区伸出并止于一端。
3.如权利要求1的保护装置，其特征在于选择电阻区(W、W1、W2)的电阻使其不会影响MOS电路的工作，选择电阻区(W、W1、W2)的面积，使得因为规定的试验电流值而在其两端引起的电压降等于扩展区(e)与衬底(S)之间的pn结的击穿电压。
全文摘要
在本保护装置中，焊接区(P)与被保护的晶体管之间的电阻是采用扩展区(e)来实现的，扩展区完全处于焊接区(P)之下并沿扩展区的整个周边延伸出去。细长区(Z)沿扩展区(e)的周边延伸，通过互连通路(b)与电路地端相接，细长区(Z)与互连通路(b)之间是低阻连接。
文档编号H01L27/02GK1035204SQ8810845
公开日1989年8月30日 申请日期1988年10月20日 优先权日1987年10月29日
发明者乌尔里克·塞里斯, 伯克哈德·吉贝尔 申请人:德国Itt工业股份有限公司