包括具有可调背栅电势的ＥＳＤ保护场效应晶体管的半导体器件制造技术

在包括有两个电路块的半导体器件中，位于具有相同电平的两个电路块的电源引脚（或接地引脚）之间的ＥＳＤ保护电路是由至少一个二极管接法场效应晶体管构成的，该至少一个二极管接法场效应晶体管的背栅电势由背栅电势调节电路来调节。结果，ＥＳＤ保护电路的阈值电压的绝对值和ＯＮ电阻能够根据工作模式是ＥＳＤ保护工作模式还是通常工作模式来进行改变。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括有连接在具有相同电平的两个电路块的电源引脚(或接地引脚)之间的静电释放(ESD)保护电路的半导体器件。
技术介绍
由于诸如模拟电路和数字电路等越来越多的独立电路块被集成到单个半导体芯片中，因此增加了包括有独立接地引脚的独立电源引脚的个数。在每一个电路块中，ESD保护二极管连接在电源引脚和接地引脚之间，用于提供ESD电流释放路径。另一方面，与场效应晶体管或MOS晶体管关联的双向ESD保护二极管或硅控整流器(SCR)电路被连接在两个电路块的具有相同电平的电源引脚(或接地引脚)之间，用于提供ESD电流释放路径(参见JP-63-036557A或美国专利第6011581号)。下面将详细讲述。
技术实现思路
在上述现有技术的半导体器件中，双向ESD保护二极管的场效应晶体管或MOS晶体管，或者硅控整流器电路的有关MOS晶体管总是具有一定的阈值电压和一定的ON电阻，不论ESD保护工作模式还是通常工作模式。一般地，随着电源引脚的电压的降低，阈值电压的绝对值将降低，并且ON电阻也降低，以便在ESD保护模式中有效地释放静电电荷。不过在这种情况下，在通常的工作模式中，难以完全关断双向ESD保护二极管或硅控整流器电路。根据本专利技术，位于两个电路块彼此具有相同电平的电源引脚(或接地引脚)之间的ESD保护电路由至少一个二极管接法(diode-connected)场效应晶体管构成，该至少一个二极管接法场效应晶体管的背栅电势由背栅电势调节电路来调节。结果，ESD保护电路的阈值电压的绝对值和ON电阻能够根据工作模式是ESD保护工作模式还是通常工作模式来进行改变。附图说明下面将参考附图并与现有技术相比较来进一步详细讲述本专利技术，以便更容易理解。其中图1为电路图，示出了第一现有技术的半导体器件；图2为电路图，示出了第二现有技术的半导体器件；图3为电路图，示出了根据本专利技术的半导体器件的第一实施例；图4为图3的双向二极管电路的截面图；图5为图4的双向二极管电路的等效电路图；图6A为说明通常工作模式下图4的双向二极管电路的二极管的阈值电压的曲线图；图6B为说明通常工作模式下图4的双向二极管电路的二极管的ON电阻的曲线图；图7为图3的背栅电势调节电路的截面图；图8为用于解释图7的背栅电势的时序图；图9A为解释说明ESD保护模式下图4的双向二极管电路的二极管的阈值电压的曲线图；图9B为解释说明ESD保护模式下图4的双向二极管电路的二极管的ON电阻的曲线图；图10为电路图，示出了根据本专利技术的半导体器件的第二实施例；图11为图10的双向二极管电路的截面图；图12为图11的双向二极管电路的等效电路图；图13A为解释说明通常工作模式下图11的双向二极管电路的二极管的阈值电压的曲线图； 图13B为解释说明通常工作模式下图11的双向二极管电路的二极管的ON电阻的曲线图；图14为图10的背栅电势调节电路的截面图；图15为用于解释图14的背栅电势的时序图；图16A为解释说明ESD保护模式下图11的双向二极管电路的二极管的阈值电压的曲线图；图16B为解释说明ESD保护模式下图11的双向二极管电路的二极管的ON电阻的曲线图；图17为电路图，示出了根据本专利技术的半导体器件的第三实施例；以及图18为图4的双向二极管电路的修正的截面图。具体实施例方式在讲述优选实施例之前，先来结合图1和图2讲述现有技术的半导体器件。在图1中，示出了第一现有技术的半导体器件(参见JP-63-036557A的图2)，由位于接地引脚GND1的接地电压和由位于电源引脚VDD1的电源电压所供电的电路块1，以及由位于接地引脚GND2的接地电压和由位于电源引脚VDD2的电源电压所供电的电路块2在单个半导体衬底上形成(图中未示出)。注意，位于接地引脚GND1和GND2的接地电压具有诸如0V等相同的电平，并且位于电源引脚VDD1和VDD2的电源电压具有诸如3.3V等相同的电平，该电平不同于位于接地引脚GND1和GND2的电平。电路块1包括由在电源电压VDD1和接地电压GND1之间串联的p沟道场效应晶体管或MOS晶体管Qp1和n沟道场效应晶体管或MOS晶体管Qn1所形成的输出缓冲。另一方面，电路块2包括由在电源电压VDD2和接地电压GND2之间串联的p沟道场效应晶体管或MOS晶体管Qp2和n沟道场效应晶体管或MOS晶体管Qn2所形成的输入缓冲。电路块1的输出缓冲(Qp1，Qn1)被连接到电路块2的输入缓冲(Qp2，Qn2)。也就是说，在通常工作模式下，操作电路块1的输出缓冲(Qp1，Qn1)以生成输出信号并提供给电路块2的输入缓冲(Qp2，Qn2)。另外，由二极管接法场效应晶体管或MOS晶体管形成的ESD保护电路3被连接在接地电压GND1和电源电压VDD1之间，并且由二极管接法场效应晶体管或MOS晶体管形成的ESD保护电路4被连接在接地电压GND2和电源电压VDD2之间。进而，双向ESD二极管电路5连接在接地引脚GND1和GND2之间。双向ESD二极管电路5是由二极管D1和D2构成的，其中二极管D1包括有二极管接法场效应晶体管或MOS晶体管，其源极与漏极之一和栅极被连接到接地引脚GND1，并且源极与漏极中的另一个被连接到接地引脚GND2，并且二极管D2包括有二极管接法场效应晶体管或MOS晶体管，其源极与漏极之一和栅极被连接到接地引脚GND2，并且源极与漏极中的另一个被连接到接地引脚GND1。同样，双向ESD二极管电路6接在电源引脚VDD1和VDD2之间。双向ESD二极管电路6是由二极管D3和D4构成的，其中二极管D3包括有二极管接法场效应晶体管或MOS晶体管，其源极与漏极之一和栅极被连接到电源引脚VDD1，并且源极与漏极中的另一个被连接到电源引脚VDD2，并且二极管D4包括有二极管接法场效应晶体管或MOS晶体管，其源极与漏极之一和栅极被连接到电源引脚VDD2，并且源极与漏极中的另一个被连接到电源引脚VDD1。不过，在图1的半导体器件中，近年来，随着位于电源引脚VDD1和VDD2的电压降低，二极管D1、D2、D3和D4的阈值电压的绝对值也已经降低，并且二极管D1、D2、D3和D4的ON电阻也已经降低。结果，在通常工作模式下难以完全关断二极管D1、D2、D3和D4。在示出了第二现有技术的半导体器件的图2中(参见图7的美国专利No.6,011,681)，用双向ESD硅控整流器(SCR)电路5A和6A分别取代图1的双向ESD二极管电路5和6。双向ESD硅控整流器(SCR)电路5A是由与n沟道场效应晶体管或MOS晶体管QN3相关联的硅控整流器SCR1和与n沟道场效应晶体管或MOS晶体管Qn4相关联的硅控整流器SCR2构成的。另一方面，双向ESD硅控整流器(SCR)电路6A是由与p沟道场效应晶体管或MOS晶体管Qp3相关联的硅控整流器SCR3和与p沟道场效应晶体管或MOS晶体管Qp4相关联的硅控整流器SCR4构成的。即便在图2的半导体器件中，近年来，随着位于电源引脚VDD1和VDD2的电压降低，关联MOS晶体管Qn3、Qn3、Qp3和Qp4的阈值电压的绝对值也已经降低，并且关联MOS晶体管Qn3、Qn4、Qp3和Qp4的ON电阻也已经降低。结果，在通常工作模式下难以完全关断关联MOS晶体管Qn3、Qn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：第一电路块，由第一和第二电源引脚供应电压；第二电路块，由第三和第四电源引脚供应电压，其中所述第一和第三电源引脚的电压彼此具有相同电压电平，所述第二和第四电源引脚的电压彼此具有相同电压电平；第一ＥＳＤ保护电路，包括具有源极、漏极和栅极的第一场效应晶体管，其中源极与漏极之一和栅极被连接到所述第一电源引脚，源极与漏极中的另一个被连接到所述第三电源引脚；以及第一背栅电势调节电路，适于调节所述第一场效应晶体管的背栅的电势。

【技术特征摘要】
JP 2006-5-31 2006-1523511.一种半导体器件，包括第一电路块，由第一和第二电源引脚供应电压；第二电路块，由第三和第四电源引脚供应电压，其中所述第一和第三电源引脚的电压彼此具有相同电压电平，所述第二和第四电源引脚的电压彼此具有相同电压电平；第一ESD保护电路，包括具有源极、漏极和栅极的第一场效应晶体管，其中源极与漏极之一和栅极被连接到所述第一电源引脚，源极与漏极中的另一个被连接到所述第三电源引脚；以及第一背栅电势调节电路，适于调节所述第一场效应晶体管的背栅的电势。2.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一背栅电势调节电路适于使所述第一场效应晶体管的阈值电压的绝对值在通常工作模式下比在ESD保护模式下更大。3.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一场效应晶体管是在作为所述第一场效应晶体管的背栅使用的第二导电类型的第一阱中形成的第一导电类型的晶体管。4.如权利要求3所述的半导体器件，其中所述第一阱被与所述第一电源引脚相连接的第一导电类型的第二阱所包围。5.如权利要求4所述的半导体器件，其中所述第一阱的底部直接与绝缘层相接触。6.如权利要求4所述的半导体器件，其中所述第一背栅电势调节电路包括与所述第一阱相连接的第一电荷泵电路，以便使所述第一和第二阱之间的寄生电容作为所述第一电荷泵电路的滑动电容器来使用。7.如权利要求3所述的半导体器件，其中所述第一导电类型是n型，并且所述第二导电类型是p型，所述第一电荷泵电路是一种电荷泵降压电路。8.如权利要求3所述的半导体器件，其中所述第一导电类型是p型，并且所述第二导电类型是n型，所述第一电荷泵电路是一种电荷泵升压电路。9.如权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一ESD保护电路进一步包括具有源极、漏极和栅极的第二场效应晶体管，其中源极与漏极之一和栅极被连接到所述第三电源引脚，源极与漏极中的另一个被连接到所述第一电源引脚，所述第一背栅电势调节电路进一步适于调节所述第二场效应晶体管的背栅的电势。10.如权利要求9所述的半导体器件，其中所述第二场效应晶体管是在作为所述第二场效应晶体管的背栅所使用的第二导电类型的第三阱中形成的第一导电类型的晶体管。11.如权利要求10所述的半导体器件，其中所述第三阱被与所述第四电源引脚相连接的第一导电类型的第四阱所包围。12.如权利要求11所述的半导体器件，其中所述第三阱的底部直接与绝缘层相接触。13.如权利要求11所述的半导体器件，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：河内福贤，
申请(专利权)人：恩益禧电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]