(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力／出力（Ｉ／Ｏ）端子と、接地端子と、前記Ｉ／Ｏ端子と前記接地端子との間に結合される双方向静電放電（ＥＳＤ）デバイスとを含む集積回路であって、
前記双方向ＥＳＤデバイスが、
前記Ｉ／Ｏ端子に結合される第１の電流スイッチであって、前記Ｉ／Ｏ端子に結合される第１のアノードと電流収集ノードに結合される第１のカソードと第１のゲートとを有する第１のシリコン制御整流器（ＳＣＲ）を含む、前記第１の電流スイッチと、
前記第１の電流スイッチと前記Ｉ／Ｏ端子とに結合される第１のトリガーであって、前記第１のゲートと前記Ｉ／Ｏ端子との間に直接に結合される第１の抵抗器を含む、前記第１のトリガーと、
前記接地端子と前記第１の電流スイッチとに結合される第２の電流スイッチであって、前記接地端子に結合される第２のアノードと前記電流収集ノードに結合される第２のカソードと第２のゲートとを有する第２のＳＣＲを含む、前記第２の電流スイッチと、
前記第２の電流スイッチと前記接地端子とに結合される第２のトリガーであって、前記第２のゲートと前記接地端子との間に直接に結合される第２の抵抗器を含む、前記第２のトリガーと、
前記Ｉ／Ｏ端子に結合される第３の電流スイッチと、
前記接地端子と前記第３の電流スイッチとに結合される第４の電流スイッチと、
を含み、
前記第１及び第２の電流スイッチが、前記Ｉ／Ｏ端子と前記接地端子との間に第１の放電経路を確立し、
前記第３及び第４の電流スイッチが、前記第１の放電経路に並列で前記第１の放電経路から独立した第２の放電経路を確立する、集積回路。
【請求項２】
請求項１に記載の集積回路であって、
前記第１のトリガーが、前記Ｉ／Ｏ端子と前記接地端子との間の電位差が所定の閾値よりも下に降下するときのみに前記電流収集ノードから前記Ｉ／Ｏ端子に電流を伝達するために前記第１の電流スイッチをトリガーする、集積回路。
【請求項３】
請求項１に記載の集積回路であって、
前記第２のトリガーが、前記Ｉ／Ｏ端子と前記接地端子との間の電位差が所定の閾値よりも上に上昇するときのみに前記電流収集ノードから前記接地端子に電流を伝達するために前記第２の電流スイッチをトリガーする、集積回路。
【請求項４】
請求項１に記載の集積回路であって、
前記双方向ＥＳＤデバイスが、前記Ｉ／Ｏ端子に結合される第５の電流スイッチと、前記接地端子と前記第５の電流スイッチとに結合される第６の電流スイッチとを更に含み、
前記第５及び第６の電流スイッチが、前記第１及び第２の電流経路に並列で前記第１及び第２の電流経路から独立した第３の電流経路を確立する、集積回路。
【請求項５】
請求項１に記載の集積回路であって、
前記双方向ＥＳＤデバイスが、前記第３の電流スイッチと前記Ｉ／Ｏ端子とに結合される第３のトリガーと、前記第４の電流スイッチと前記接地端子とに結合される第４のトリガーとを更に含む、集積回路。
【請求項６】
入力／出力（Ｉ／Ｏ）端子と、接地端子と、前記Ｉ／Ｏ端子と前記接地端子との間に結合される双方向静電放電（ＥＳＤ）デバイスとを含む集積回路であって、
前記双方向ＥＳＤデバイスが、
前記Ｉ／Ｏ端子に結合される第１の電流スイッチであって、前記Ｉ／Ｏ端子に結合される第１のエミッタノードと電流収集ノードに結合される第１のコレクタノードとを有する第１のＮＰＮトランジスタを含む、前記第１の電流スイッチと、
前記第１の電流スイッチと前記Ｉ／Ｏ端子とに結合される第１のトリガーであって、前記第１のＮＰＮトランジスタの第１のベースノードに結合される第１のアノードと前記Ｉ／Ｏ端子に結合される第１のカソードとを有する第１のダイオードを含む、前記第１のトリガーと、
前記接地端子と前記第１の電流スイッチとに結合される第２の電流スイッチであって、前記接地端子に結合される第２のエミッタノードと前記電流収集ノードに結合される第２のコレクタノードとを有する第２のＮＰＮトランジスタを含む、前記第２の電流スイッチと、
前記第２の電流スイッチと前記接地端子とに結合される第２のトリガーであって、前記第２のＮＰＮトランジスタの第２のベースソードに結合される第２のアノードと前記接地端子に結合される第２のカソードとを有する第２のダイオードを含む、前記第２のトリガーと、
を含む、集積回路。
【請求項７】
請求項６に記載の集積回路であって、
前記双方向ＥＳＤデバイスが、前記Ｉ／Ｏ端子に結合される第３の電流スイッチと、前記接地端子と前記第３の電流スイッチとに結合される第４の電流スイッチとを更に含み、
前記第１及び第２の電流スイッチが、前記Ｉ／Ｏ端子と前記接地端子との間に第１の放電経路を確立し、
前記第３及び第４の電流スイッチが、前記第１の放電経路に並列で前記第１の電流経路から独立した第２の放電経路を確立する、集積回路。
【請求項８】
請求項７に記載の集積回路であって、
前記双方向ＥＳＤデバイスが、前記Ｉ／Ｏ端子に結合される第５の電流スイッチと、前記接地端子と前記第５の電流スイッチとに結合される第６の電流スイッチとを更に含み、
前記第５及び第６の電流スイッチが、前記第１及び第２の電流経路に並列で前記第１及び第２の電流経路から独立した第３の電流経路を確立する、集積回路。
【請求項９】
請求項７に記載の集積回路であって、
前記双方向ＥＳＤデバイスが、前記第３の電流スイッチと前記Ｉ／Ｏ端子とに結合される第３のトリガーと、前記第４の電流スイッチと前記接地端子とに結合される第４のトリガーとを更に含む、集積回路。
【請求項１０】
入力／出力（Ｉ／Ｏ）端子と、接地端子と、前記Ｉ／Ｏ端子と前記接地端子との間に結合される双方向静電放電（ＥＳＤ）デバイスとを有する集積回路であって、
前記双方向ＥＳＤデバイスが、
前記Ｉ／Ｏ端子に結合される第１の電流スイッチであって、前記Ｉ／Ｏ端子に結合される第１のソースノードと電流収集ノードに結合される第１のドレインノードとを有する第１のＮＭＯＳデバイスを含む、前記第１の電流スイッチと、
前記第１の電流スイッチと前記Ｉ／Ｏ端子とに結合される第１のトリガーと、
前記接地端子と前記第１の電流スイッチとに結合される第２の電流スイッチであって、前記接地端子に結合される第２のソースノードと前記電流収集ノードに結合される第２のドレインノードとを有する第２のＮＭＯＳデバイスを含む、前記第２の電流スイッチと、
前記第２の電流スイッチと前記接地端子とに結合される第２のトリガーであって、前記第２のＮＭＯＳデバイスの第２のゲートノードと前記接地端子との間に結合される第２のツェナーダイオードと、前記第２のＮＭＯＳデバイスの前記第２のゲートノードと前記Ｉ／Ｏ端子との間に結合される第２のバイアスダイオードとを含む、前記第２のトリガーと、
を含む、集積回路。
【請求項１１】
請求項１０に記載の集積回路であって、
前記第１のトリガーが、前記Ｉ／Ｏ端子と前記第１のＮＭＯＳデバイスの第１のゲートノードとの間に結合される第１のツェナーダイオードと、前記第１のＮＭＯＳデバイスの前記第１のゲートノードと前記接地端子との間に結合される第１のバイアスダイオードとを含む、集積回路。
【請求項１２】
請求項１１に記載の集積回路であって、
前記第１のトリガーが、前記Ｉ／Ｏ端子と前記接地端子との間に電位差が所定の閾値よりも下に降下するときのみに前記電流収集ノードから前記Ｉ／Ｏ端子に電流を伝達するために前記第１の電流スイッチをトリガーする、集積回路。
【請求項１３】
請求項１１に記載の集積回路であって、
前記第２のトリガーが、前記Ｉ／Ｏ端子と前記接地端子との間の電位差が所定の閾値よりも上に上昇するときのみに前記電流収集ノードから前記接地端子への電流を伝達するために前記第２の電流スイッチをトリガーする、集積回路。
【請求項１４】
請求項１１に記載の集積回路であって、
前記ＥＳＤデバイスが、前記Ｉ／Ｏ端子に結合される第３の電流スイッチと、前記接地端子と前記第３の電流スイッチとに結合される第４の電流スイッチとを更に含み、
前記第１及び第２の電流スイッチが前記Ｉ／Ｏ端子と前記接地端子との間の第１の放電経路を確立し、
前記第３及び第４の電流スイッチが、前記第１の放電経路に並列で前記第１の放電経路から独立の第２の電流経路を確立する、集積回路。
【請求項１５】
請求項１４に記載の集積回路であって、
前記双方向ＥＳＤデバイスが、前記Ｉ／Ｏ端子に結合される第５の電流スイッチと、前記接地端子と前記第５の電流スイッチとに結合される第６の電流スイッチとを更に含み、
前記第５及び第６の電流スイッチが、前記第１及び第２の放電経路に並行で前記第１及び第２の電流経路から独立の第３の放電経路を確立する、集積回路。
【請求項１６】
請求項１４に記載の集積回路であって、
前記第１のトリガーが前記第３の電流スイッチと前記Ｉ／Ｏ端子とに結合され、前記第２のトリガーが前記第４の電流スイッチと前記接地端子とに結合される、集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は集積回路に関し、より具体的には静電気放電（ＥＳＤ）保護を含む集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路における静電気放電（ＥＳＤ）保護デバイスは、正電圧及び負電圧の両イベントから提供し得る。ＥＳＤ保護デバイスにとって、ＥＳＤイベントにおいて大電流を短絡できること、及び持続的なＥＳＤイベントにおいて電流密集なしに保護を提供できることも、望ましい場合がある。ＥＳＤ保護デバイスの望ましいサイズを維持しながら、これらの機能を提供することは問題となり得る。
【発明の概要】
【０００３】
集積回路が、複数の並列スイッチレッグ（ｓｗｉｔｃｈ  ｌｅｇ）を有する双方向ＥＳＤ保護デバイスを含む。各スイッチレッグは、背中合わせ構成で第２の電流スイッチと直列に結合された第１の電流スイッチを含む。第１の電流スイッチは、第１の極性ＥＳＤイベントにおいて第２の電流スイッチに対して安定器機能を提供し、第２の電流スイッチは、第２の、反対の極性ＥＳＤイベントにおいて第１の電流スイッチに対して安定器機能を提供する。第１の電流スイッチの各インスタンスの第１の電流供給ノードが、ＥＳＤ保護デバイスの第１の端子に結合される。第２の電流スイッチの各インスタンスの第２の電流供給ノードが、ＥＳＤ保護デバイスの第２の端子に結合される。第１の電流スイッチの各インスタンスの第１の電流収集ノードが、第２の電流スイッチの各対応インスタンスの第２の電流収集ノードに結合される。第１の電流スイッチの各インスタンスの第１の電流収集ノードには、第１の電流スイッチの他のインスタンスの第１の電流収集ノードへのいかなる電気的結合もなく、同様に、第２の電流スイッチの各インスタンスの第２の電流収集ノードには、第２の電流スイッチの他のインスタンスの第２の電流収集ノードへのいかなる電気的結合もない。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】集積回路に含まれる例示の双方向静電気放電（ＥＳＤ）保護デバイスの回路概略図である。
【図２】集積回路に含まれる例示の双方向静電気放電（ＥＳＤ）保護デバイスの回路概略図である。
【図３】集積回路に含まれる例示の双方向静電気放電（ＥＳＤ）保護デバイスの回路概略図である。
【０００５】
【図４Ａ】製造の連続段階で示される、例示の双方向ＥＳＤ保護デバイスを含む集積回路の斜視図である。
【図４Ｂ】製造の連続段階で示される、例示の双方向ＥＳＤ保護デバイスを含む集積回路の斜視図である。
【図４Ｃ】製造の連続段階で示される、例示の双方向ＥＳＤ保護デバイスを含む集積回路の斜視図である。
【０００６】
【図５】第１の電流スイッチ及び第２の電流スイッチがシリコン制御整流器（ＳＣＲ）である、例示の双方向ＥＳＤ保護デバイスを含む集積回路の断面図である。
【０００７】
【図６】第１の電流スイッチ及び第２の電流スイッチがｎチャネルドレイン拡張ＭＯＳトランジスタである、例示の双方向ＥＳＤ保護デバイスを含む集積回路の断面図である。
【０００８】
【図７】第１の電流スイッチ及び第２の電流スイッチがＮＰＮバイポーラトランジスタである、例示の双方向ＥＳＤ保護デバイスを含む集積回路の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
集積回路が、並列の複数のスイッチレッグを有する双方向ＥＳＤ保護デバイスを含む。各スイッチレッグは、背中合わせ構成で第２の電流スイッチと直列に結合された第１の電流スイッチを含む。第１の電流スイッチは、第１の極性ＥＳＤイベントにおいて第２の電流スイッチに対して安定器機能を提供し、第２の電流スイッチは、第２の、反対の極性ＥＳＤイベントにおいて第１の電流スイッチに対して安定器機能を提供する。第１の電流スイッチの各インスタンスの第１の電流供給ノードが、ＥＳＤ保護デバイスの第１の端子に結合される。第２の電流スイッチの各インスタンスの第２の電流供給ノードが、ＥＳＤ保護デバイスの第２の端子に結合される。第１の電流スイッチの各インスタンスの第１の電流収集ノードが、第２の電流スイッチの各対応インスタンスの第２の電流収集ノードに結合される。第１の電流スイッチの各インスタンスの第１の電流収集ノードには、第１の電流スイッチの他のインスタンスの第１の電流収集ノードへのいかなる電気的結合もなく、同様に、第２の電流スイッチの各インスタンスの第２の電流収集ノードには、第２の電流スイッチの他のインスタンスの第２の電流収集ノードへのいかなる電気的結合もない。
【００１０】
第１の電流スイッチ及び／又は第２の電流スイッチは、例えば、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、金属酸化物半導体（ＭＯＳ）トランジスタ、及び／又はバイポーラトランジスタのインスタンスであり得る。第１の電流スイッチは、各スイッチレッグにおける別々のトリガ構成要素によって個別にトリガされ得るか、又は、各第１の電流スイッチに接続された共通のトリガ構成要素によってトリガされ得る。同様に、第２の電流スイッチは、各スイッチレッグにおける別々のトリガ構成要素によって、又は共通のトリガ構成要素によってトリガされ得る。第２の電流スイッチは、第２の端子に対して第１の端子の電位が３０ボルト上回って上昇するときトリガするように構成され得る。同様に、第１の電流スイッチは、第２の端子に対して第１の端子の電位が３０ボルト下回って下降するときトリガするように構成され得る。第１の電流スイッチ及び第２の電流スイッチは、互いに５ボルト以内の電圧振幅でトリガするように構成され得る。「電圧振幅」という用語は電圧の絶対値を指すものと理解され、電圧振幅は常に正の数である。代わりに、第１の電流スイッチ及び第２の電流スイッチは、互いに少なくとも１０ボルト差の電圧振幅でトリガするように構成され得、例えば、第１の電流スイッチは５０ボルトの電圧振幅でトリガするように構成され得、第２の電流スイッチは３５ボルトの電圧振幅でトリガするように構成され得る。
【００１１】
図１〜図３は、集積回路内の例示の双方向ＥＳＤ保護配置を示す。
【００１２】
図１は、複数の並列スイッチレッグ１０２を含む双方向ＥＳＤ保護回路１００を示す。各スイッチレッグ１０２は第１の電流スイッチ１０４を含み、これは本例ではＳＣＲ１０４である。各スイッチレッグ１０２はさらに第２の電流スイッチ１０６を含み、これは本例では、背中合わせ構成で、対応する第１の電流スイッチ１０４と直列に結合されたＳＣＲ１０６である。
【００１３】
各第１の電流スイッチ１０４は、ＳＣＲ１０４のアノード１０８である第１の電流供給ノード１０８と、ＳＣＲ１０４のカソード１１０である第１の電流収集ノード１１０とを有する。第１の電流スイッチ１０４の各第１の電流供給ノード１０８は、双方向ＥＳＤ保護デバイス１００の第１の端子１１２に結合される。
【００１４】
同様に、各第２の電流スイッチ１０６は、ＳＣＲ１０６のアノード１１４である第２の電流供給ノード１１４と、ＳＣＲ１０６のカソード１１６である第２の電流収集ノード１１６とを有する。第２の電流スイッチ１０６の各第２の電流供給ノード１１４は、双方向ＥＳＤ保護デバイス１００の第２の端子１１８に結合される。
【００１５】
第１の電流スイッチ１０４の各第１の電流収集ノード１１０は、同じ並列スイッチレッグ１０２内の第２の電流スイッチ１０６の対応する第２の電流収集ノード１１６に結合され、背中合わせ構成を提供する。第１の電流スイッチ１０４の各第１の電流収集ノード１１０には、第１の電流スイッチ１０４の他の第１の電流収集ノード１１０のいずれへの電気的結合もなく、第２の電流スイッチ１０６の各第２の電流収集ノード１１６には、第２の電流スイッチ１０６の他の第２の電流収集ノード１１６のいずれへの電気的結合もない。
【００１６】
第１の電流スイッチ１０４及び第２の電流スイッチ１０６は、１つ又は複数のトリガ構成要素によってオンにされ得る。第１の電流スイッチ１０４及び第２の電流スイッチ１０６の各インスタンスは、図１に示されるように別々のトリガ構成要素１２０を有し得る。他のトリガ構成要素が本例の範囲内にある。第１の端子１１２は、回路１００を含む集積回路の入力／出力端子に接続され得る。第２の端子１１８は、集積回路の接地ノードに接続され得る。
【００１７】
集積回路の動作の間、配置１００での正極性ＥＳＤイベントが、第２の端子１１８に対して正である第１の端子１１２における電圧過渡を提供する。第２の電流スイッチ１０６のうちの１つが、トリガし得、電流の導通を開始し得る。同じスイッチレッグ１０２内の対応する第１の電流スイッチ１０４は、導通している第２の電流スイッチ１０６に対して安定を与える。導通している第２の電流スイッチ１０６が電流を導通すると、導通している第２の電流スイッチ１０６を介する電圧降下が、第２の電流スイッチ１０６の導通していないインスタンスを介する電圧降下に比して減少する。第２の電流スイッチ１０６の第２の電流収集ノード１１６の各々には、第２の電流スイッチ１０６の他の第２の電流収集ノード１１６のいずれに対する電気的結合もないため、導通している第２の電流スイッチ１０６を介する電圧降下の減少は、導通していない第２の電流スイッチ１０６を介する電圧降下を減少させることはなく、導通していない第２の電流スイッチ１０６のインスタンスは、トリガされ得、電流の導通を独立して開始し得る。
【００１８】
同様に、デバイス１００での負極性ＥＳＤイベントが、第２の端子１１８に対して負である第１の端子１１２における電圧過渡を提供する。第１の電流スイッチ１０４のうちの１つが、トリガし得、電流の導通を開始し得る。同じスイッチレッグ１０２内の対応する第２の電流スイッチ１０６は、導通している第１の電流スイッチ１０４に対して安定を与える。第１の電流スイッチ１０４の第１の電流収集ノード１１０の各々には、第１の電流スイッチ１０４の他の第１の電流収集ノード１１０のいずれに対する電気的結合もないため、導通していない第１の電流スイッチ１０４のインスタンスが、トリガされ得、電流の導通を独立して開始し得る。
【００１９】
このような動作モードは、第２の電流スイッチ１０６によるより均一な導通を提供し、第２の電流スイッチ１０６の如何なる単一インスタンスを介する電流密集をも防ぐため、有利である。したがってデバイス１００は、高電流容量と持続的ＥＳＤイベントからの保護とを提供する。
【００２０】
図２は、電流スイッチにＭＯＳトランジスタを用いる、別の例示の双方向ＥＳＤ保護手法を示す。保護デバイス２００は、複数の並列スイッチレッグ１０２を含む。各スイッチレッグ１０２は、本例ではｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０４である第１の電流スイッチ２０４を含む。各スイッチレッグ２０２は更に第２の電流スイッチ２０６を含み、これは、本例ではｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０６であり、背中合わせ構成で、対応する第１の電流スイッチ２０４と直列に接続される。
【００２１】
各第１の電流スイッチ２０４は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０４のソースノード２０８である第１の電流供給ノード２０８と、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０４のドレインノード２１０である第２の電流収集ノード２１０とを有する。第１の電流スイッチ２０４の各第１の電流供給ノード２０８は、デバイス２００の第１の端子２１２に結合される。同様に、各第２の電流スイッチ２０６は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０６のソースノード２１４である第２の電流供給ノード２１４と、ｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０６のドレインノード２１６である第２の電流収集ノード２１６とを有する。第２の電流スイッチ２０６の各第２の電流供給ノード２１４は、デバイス２００の第２の端子２１８に結合され、第２の端子２１８は、本例ではデバイス２００を含む集積回路の接地ノードである。
【００２２】
第１の電流スイッチ２０４の各第１の電流収集ノード２１０は、同じ並列スイッチレッグ２０２内の第２の電流スイッチ２０６の対応する第２の電流収集ノード２１６に結合され、背中合わせ構成を提供する。第１の電流スイッチ２０４の各第１の電流収集ノード２１０には、第１の電流スイッチ２０４の他の第１の電流収集ノード２１０のいずれに対する電気的結合もなく、第２の電流スイッチ２０６の各第２の電流収集ノード２１６には、第２の電流スイッチ２０６の他の第２の電流収集ノード２１６のいずれに対する電気的結合もない。本例において、第１の電流スイッチ２０４は、第１の電流スイッチ２０４のｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０４のゲートノードのすべてのインスタンスに接続される、第１のトリガ構成要素２２０によってトリガされる。第１のトリガ構成要素２２０は、第１の電流スイッチ２０４のゲートノードに所望のトリガレベルを提供するために、図２に示されるように、ツェナーダイオードと１つ又は複数の順方向バイアス及び逆方向バイアスの信号ダイオードとを含み得る。同様に、本例では、第２の電流スイッチ２０６は、第２の電流スイッチ２０６のｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０６のゲートノードのすべてのインスタンスに接続される、第２のトリガ構成要素２２２によってトリガされる。第２のトリガ構成要素２２２は、第１のトリガ構成要素２２０と同様の構造を有し得、第１のトリガ構成要素２２０とは異なる電圧でトリガするように構成され得る。他のトリガ構成、例えばレジスタネットワーク、が本例の範囲内にある。
【００２３】
集積回路の動作の間、デバイス２００での正極性ＥＳＤイベントが、第２のトリガ構成要素２２２に、第２の電流スイッチ２０６のｎチャネルＭＯＳトランジスタ２０６のゲートノードにオン状態バイアスを印加させる。第２の電流スイッチ２０６のうちの１つが、最初にオンとなり、電流の導通を開始する。同じスイッチレッグ２０２内の対応する第１の電流スイッチ２０４は、導通している第２の電流スイッチ２０６に安定を提供する。導通している第２の電流スイッチ２０６が電流を導通すると、導通している第２の電流スイッチ２０６を介する電圧降下が、第２の電流スイッチ２０６の導通していないインスタンスを介する電圧降下に比して減少する。第２の電流スイッチ２０６の第２の電流収集ノード２１６の各々には、第２の電流スイッチ２０６の他の第２の電流収集ノード２１６のいずれに対する電気的結合もないため、導通している第２の電流スイッチ２０６を介する電圧降下の減少は、導通していない第２の電流スイッチ２０６を介する電圧降下を減少させることはなく、導通していない第２の電流スイッチ２０６のインスタンスが、オンとなり得、電流の導通を独立して開始し得る。同様に、双方向ＥＳＤ保護デバイス３００での負極性ＥＳＤイベントが、正極性ＥＳＤイベントと同様の利点を備えて、必要な変更を施して処理されて、高電流容量と持続的ＥＳＤイベントからの保護とを提供する。
【００２４】
図３は、電流スイッチのためのバイポーラトランジスタを有する、別の例の双方向ＥＳＤ保護デバイス３００を示す。デバイス３００は複数の並列スイッチレッグ３０２を含む。各スイッチレッグ３０２は第１の電流スイッチ３０４を含み、これは本例ではＮＰＮバイポーラトランジスタ３０４である。各スイッチレッグ３０２は更に第２の電流スイッチ３０６を含み、これは本例ではＮＰＮバイポーラトランジスタ３０６であって、背中合わせ構成で、対応する第１の電流スイッチ３０４と直列に接続される。
【００２５】
各第１の電流スイッチ３０４は、ＮＰＮバイポーラトランジスタ３０４のエミッタノード３０８である第１の電流供給ノード３０８と、ＮＰＮバイポーラトランジスタ３０４の収集ノード３１０である第１の電流収集ノード３１０とを有する。第１の電流スイッチ３０４の各第１の電流供給ノード３０８は、デバイス３００の第１の端子３１２に結合される。同様に、各第２の電流スイッチ３０６は、ＮＰＮバイポーラトランジスタ３０６のエミッタノード３１４である第２の電流供給ノード３１４と、ＮＰＮバイポーラトランジスタ３０６の収集ノード３１６である第２の電流収集ノード３１６とを有する。第２の電流スイッチ３０６の各第２の電流供給ノード３１４は、デバイス３００の第２の端子３１８に結合され、第２の端子３１８は、配置３００を含む集積回路の接地ノードであり得る。
【００２６】
第１の電流スイッチ３０４の各第１の電流収集ノード３１０は、同じ並列スイッチレッグ３０２内の第２の電流スイッチ３０６の対応する第２の電流収集ノード３１６に結合され、背中合わせ構成を提供する。第１の電流スイッチ３０４の各第１の電流収集ノード３１０には、第１の電流スイッチ３０４の他の第１の電流収集ノード３１０のいずれに対する電気的結合もなく、第２の電流スイッチ３０６の各第２の電流収集ノード３１６には、第２の電流スイッチ３０６の他の第２の電流収集ノード３１６のいずれに対する電気的結合もない。第１の電流スイッチ３０４及び第２の電流スイッチ３０６は、１つ又は複数のトリガ構成要素によってオンにされ得る。第１の電流スイッチ３０４及び第２の電流スイッチ３０６の各インスタンスは、図３に示されるように別々のトリガ構成要素３２０を有し得る。他のトリガ構成要素が本例の範囲内にある。
【００２７】
保護デバイス３００での正極性ＥＳＤイベント及び負極性ＥＳＤイベントの間の集積回路の動作は、図１及び図２に関して説明した同じ利点を備えて、変更すべきところは変更して処理されて、高電流容量と持続的ＥＳＤイベントからの保護とを提供する。
【００２８】
図４Ａ〜図４Ｃは、例示の双方向ＥＳＤ保護回路を含む集積回路を製造する際のステップを示す。図４Ａは、半導体材料を含む基板４２６上に形成された集積回路４２４を示す。集積回路と共に組み込まれる双方向ＥＳＤ保護デバイス４００が、複数の並列スイッチレッグ４０２を含む。各スイッチレッグ４０２は、第１の電流スイッチ４０４及び第２の電流スイッチ４０６を含む。
【００２９】
各第１の電流スイッチ４０４は、第１の電流供給ノード４０８及び第１の電流収集ノード４１０を有する。同様に、各第２の電流スイッチ４０６は、第２の電流供給ノード４１４及び第２の電流収集ノード４１６を有する。
【００３０】
図４Ｂは、集積回路４２４上に形成されたコンタクト４２８を示す。コンタクト４２８は、第１の電流スイッチ４０４の第１の電流供給ノード４０８及び第１の電流収集ノード４１０との電気的接続、並びに、第２の電流スイッチ４０６の第２の電流供給ノード４１４及び第２の電流収集ノード４１６との電気的接続を成す。
【００３１】
コンタクト４２８は、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のプレメタル誘電体（ＰＭＤ）（ｐｒｅ−ｍｅｔａｌ  ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）層などの、誘電体層を介して形成され得る。コンタクト４２８は、反応性イオンエッチ（ＲＩＥ）プロセスを用いてＰＭＤ層を介してコンタクトホールをエッチングすること、それぞれ、スパッタプロセス及び原子層堆積（ＡＬＤ）プロセスを用いてチタン及び窒化チタンのライナを形成すること、コンタクトホールを充填するように化学気相蒸着（ＣＶＤ）プロセスを用いてライナ上にタングステン層を形成すること、並びに、エッチバック又は化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを用いてＰＭＤ層の頂部表面からタングステン及びライナを除去することによって形成され得る。
【００３２】
図４Ｃは、コンタクト４２８上に形成された金属相互接続を示す。金属相互接続のうちの第１の相互接続４３０が、コンタクト４２８を介して第１の電流スイッチ４０４の第１の電流供給ノード４０８への電気的接続を成す。第１の相互接続４３０は、ＥＳＤ保護デバイス４００の第１の端子に電気的に結合される。
【００３３】
金属相互接続のうちの第２の相互接続４３２が、コンタクト４２８を介して第２の電流スイッチ４０６の第２の電流供給ノード４１４への電気的接続を成す。第２の相互接続４３２は、デバイス４００の第２の端子に電気的に結合される。
【００３４】
金属相互接続の複数の電流収集相互接続４３４が、第１の電流スイッチ４０４の第１の電流収集ノード４１０への及び第２の電流スイッチ４０６の第２の電流収集ノード４１６への電気的接続を成し、そのため、各スイッチレッグ４０２内の第１の電流スイッチ４０４の第１の電流収集ノード４１０は、同じスイッチレッグ４０２内の第２の電流スイッチ４０６の第２の電流収集ノード４１６に電気的に結合される。各電流収集相互接続４３４には、異なるスイッチレッグ４０２内の電流収集相互接続４３４のインスタンスへの電気的接続はない。
【００３５】
金属相互接続は、アルミニウムメタライゼーションプロセスを用いて、コンタクト及びＰＭＤ層上に、例えばチタニウムタングステン又は窒化チタンなどの、接着性金属の層を形成すること、接着性金属の層上に、例えば数パーセントのチタン、銅、及び／又はケイ素を伴うアルミニウムなどの、スパッタされたアルミニウムの層を形成すること、並びに、スパッタされたアルミニウムの層上に、窒化チタンなどの反射防止金属の層を形成することによって形成され得る。金属相互接続のための領域を覆うように、反射防止金属の層の上にエッチマスクが形成される。エッチマスクは、フォトリソグラフィプロセスによって形成されるフォトレジストを含み得るか、又は無機ハードマスク材料を含み得る。ＲＩＥプロセスが、エッチマスクによって露出される反射防止金属の層、スパッタされたアルミニウムの層、及び接着性金属の層を除去し、金属相互接続が残る。
【００３６】
代わりに、金属相互接続は、銅ダマシンメタライゼーションプロセスを用いて、コンタクト４２８及びＰＭＤ層の上に層間誘電体（ＩＬＤ）層を形成することによって形成されてもよい。金属相互接続のために画定された領域において、ＩＬＤ層内にトレンチが通常５０〜１５０ナノメートル深さでエッチングされる。通常は、物理気相蒸着、原子層堆積、又は化学気相蒸着によって、トレンチの底部及び側部上に窒化タンタルなどのライナ金属の層が形成される。通常はスパッタリングによって、ライナ金属上に銅のシード層が形成される。その後、通常は電気めっきによって、トレンチが銅で充填される。銅及びライナ金属は、ＣＭＰ及びエッチプロセスによってＩＬＤ層の頂部表面から除去され、金属相互接続が残る。
【００３７】
双方向ＥＳＤ保護デバイス４００の抵抗を低減するために、第１の電流スイッチ４０４の各第１の電流収集ノード４１０に、第１の電流スイッチ４０４の他の第１の電流収集ノード４１０のいずれに対する電気的結合もなく、第２の電流スイッチ４０６の各第２の電流収集ノード４１６に、第２の電流スイッチ４０６の他の第２の電流収集ノード４１６のいずれに対する電気的結合もないように、金属相互接続の付加的なレベルが、第１の相互接続４３０、第２の相互接続４３２、及び／又は電流収集相互接続４３４の上に形成され得る。
【００３８】
図５は、第１の電流スイッチ及び第２の電流スイッチがＳＣＲである、例示の双方向ＥＳＤ保護デバイスを含む集積回路を示す。集積回路５２４は、半導体材料を含む基板５２６上に形成される。図５は、スイッチレッグ５０２内の、ＳＣＲ５０４である第１の電流スイッチ５０４を介した、デバイス５００の断面を示す。スイッチレッグ５０２の第２の電流スイッチが、同様のプロセスシーケンスによって形成され得る。
【００３９】
例えば基板５２６の既存の頂部領域にｎ型ドーパントを注入することによって、基板５２６内にｎ型埋め込み層５３６が形成され、その後、埋め込み層５３６の上に半導体材料のエピタキシャル層５３８を形成する、熱駆動及びエピタキシャル成長プロセスが続く。埋め込み層５３６はエピタキシャル層５３８内まで延在する。基板５２６は埋め込み層５３６及びエピタキシャル層を含む。例えばｎ型ドーパントをイオン注入し、それに続いて熱駆動オペレーションを実行することによって、埋め込み層５３６の上の基板内に深いｎ型ウェルが形成される。
【００４０】
ＳＣＲ５０４のアノード５０８である、第１の電流スイッチ５０４の第１の電流供給ノード５０８が、深いｎ型ウェル５４０内に形成される浅いｎ型ウェル５４２と、浅いｎ型ウェル５４２内に形成されるｎ型ボディコンタクト領域５４４と、ｎ型ボディコンタクト領域５４４近傍の浅いｎ型ウェル５４２内に形成されるｐ型アノードコンタクト領域５４６とを含む。
【００４１】
ＳＣＲ５０４のカソード５１０である、第１の電流スイッチ５０４の第１の電流収集ノード５１０が、深いｎ型ウェル５４０内に形成される浅いｐ型ウェル５４８と、浅いｐ型ウェル５４８内に形成されるｎ型カソードコンタクト領域５５０と、ｎ型カソードコンタクト領域５５０に近接する浅いｐ型ウェル５４８内に形成されるｐ型ボディコンタクト領域５５２とを含む。
【００４２】
アノード５０８からカソード５１０への漏れ経路を抑制するために、基板５２６の頂部表面にフィールド酸化物５５４が形成され得る。深いｎ型ウェル５４０及び浅いｐ型ウェル５４８に重なって基板５２６の上にゲート５５６が形成される。ゲート５５６はＳＣＲ５０４をトリガするためにバイアスされ得る。
【００４３】
基板５２６の上にコンタクト５２８及び金属相互接続が形成される。金属相互接続のうちの第１の相互接続５３０が、コンタクト５２８を介してＳＣＲ５０４のアノード５０８への電気的接触を成す。第１の相互接続５３０は、双方向ＥＳＤ保護デバイス５００の第１の端子に電気的に結合される。金属相互接続の電流収集相互接続５３４が、ＳＣＲ５０４のカソード５１０への及び同じスイッチレッグ５０２内の第２の電流スイッチの第２の電流収集ノードへの電気的接続を成す。電流収集相互接続５３４には、異なるスイッチレッグ内の電流収集相互接続の他のインスタンスへの電気的接続はない。
【００４４】
図６は、第１の電流スイッチ及び第２の電流スイッチがｎチャネルドレイン拡張ＭＯＳトランジスタである、例示の双方向ＥＳＤ保護デバイスを含む集積回路を示す。集積回路６２４は、半導体材料を含む基板６２６内及び基板６２６上に形成される。図６は、スイッチレッグ６０２内の、ドレイン拡張ＭＯＳトランジスタ６０４である第１の電流スイッチ６０４を介した、デバイス６００の断面を示す。スイッチレッグ６０２の第２の電流スイッチが、同様のプロセスシーケンスによって形成され得る。
【００４５】
例えば図５に関して説明したように、ｎ型埋め込み層６３６が基板６２６内に形成され、深いｎ型ウェル６４０が埋め込み層６３６の上の基板内に形成される。ＭＯＳトランジスタ６０４のソースノード６０８である、第１の電流スイッチ６０４の第１の電流供給ノード６０８が、深いｎ型ウェル６４０内に形成される浅いｐ型ウェル６４８と、浅いｐ型ウェル６４８内に形成されるｎ型ソース領域６５０とを含む。
【００４６】
ＭＯＳトランジスタ６０４のドレインノード６１０である、第１の電流スイッチ６０４の第１の電流収集ノード６１０が、深いｎ型ウェル６４０内に形成される浅いｎ型ウェル６４２と、浅いｎ型ウェル６４２と浅いｐ型ウェル６４８との間の深いｎ型ウェル６４０の一部と、浅いｎ型ウェル６４２内のｎ型ドレインコンタクト領域６５２とを含む。
【００４７】
ｎ型ドレインコンタクト領域６５２からｎ型ソース領域６５０への漏れ経路を抑制するために、基板６２６の頂部表面にフィールド酸化物６５４が形成され得る。深いｎ型ウェル６４０及び浅いｐ型ウェル６４８に重なって基板６２６の上にゲート６５６が形成される。ゲート６５６はＭＯＳトランジスタ６０４をトリガするためにバイアスされ得る。
【００４８】
基板６２６の上にコンタクト６２８及び金属相互接続が形成される。金属相互接続のうちの第１の相互接続６３０が、コンタクト６２８を介してＭＯＳトランジスタ６０４のソースノード６０８への電気的接触を成す。第１の相互接続６３０は、双方向ＥＳＤ保護デバイス６００の第１の端子に電気的に結合される。金属相互接続の電流収集相互接続６３４が、ＭＯＳトランジスタ６０４のドレインノード６１０への及び同じスイッチレッグ６０２内の第２の電流スイッチの第２の電流収集ノードへの電気的接続を成す。収集相互接続６３４には、異なるスイッチレッグ内の電流収集相互接続の他のインスタンスへの電気的接続はない。
【００４９】
図７は、第１の電流スイッチ及び第２の電流スイッチがＮＰＮバイポーラトランジスタである、例示の双方向ＥＳＤ保護デバイスを含む集積回路を示す。集積回路７２４は、半導体材料を含む基板７２６内及び基板７２６上に形成される。図７は、スイッチレッグ７０２内の、ＮＰＮバイポーラトランジスタ７０４である第１の電流スイッチ７０４を介した、デバイス７００の断面を示す。スイッチレッグ７０２の第２の電流スイッチが、同様のプロセスシーケンスによって形成され得る。
【００５０】
例えば図５に関して説明したように、ｎ型埋め込み層７３６が基板７２６内に形成される。埋め込み層７３６への電気的接続を成すために、基板７２６内に深いｎ型シンカ７５８が形成される。深いｎ型シンカ７５８は、例えばｎ型ドーパントを基板７２６の頂部領域内に注入すること、及びそれに続く熱駆動によって、形成され得る。深いｎ型ウェル７４０が、例えば図５に関して説明したように、埋め込み層７３６の上の基板内に形成される。バイポーラトランジスタ７０４のベース領域を提供する浅いｐ型ウェル７４８が、深いｎ型ウェル７４０内に形成される。
【００５１】
バイポーラトランジスタ７０４のエミッタノード７０８である、第１の電流スイッチ７０４の第１の電流供給ノード７０８が、浅いｐ型ウェル７４８内に形成されるｎ型エミッタ領域７５０を含む。
【００５２】
バイポーラトランジスタ７０４の収集ノード７１０である、第１の電流スイッチ７０４の第１の電流収集ノード７１０が、深いｎ型シンカ７５８の上に形成される浅いｎ型ウェル７４２と、浅いｎ型ウェル７４２内のｎ型コレクタコンタクト領域７５２とを含む。
【００５３】
ｎ型ドレインコレクタ領域７５２からｎ型エミッタ領域７５０への漏れ経路を抑制するために、基板７２６の頂部表面にフィールド酸化物７５４が形成され得る。基板７２６の上にコンタクト７２８及び金属相互接続が形成される。金属相互接続のうちの第１の相互接続７３０が、コンタクト７２８を介してバイポーラトランジスタ７０４のエミッタノード７０８への電気的接触を成す。第１の相互接続７３０は、双方向ＥＳＤ保護デバイス７００の第１の端子に電気的に結合される。金属相互接続の電流収集相互接続７３４が、バイポーラトランジスタ７０４の収集ノード７１０への及び同じスイッチレッグ７０２内の第２の電流スイッチの第２の電流収集ノードへの電気的接続を成す。収集相互接続７３４には、異なるスイッチレッグ内の電流収集相互接続の他のインスタンスへの電気的接続はない。
【００５４】
当業者であれば、本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施形態に対する改変が成され得ること、及び、多くの他の実施形態が可能であることを理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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