申请/专利权人：英飞凌科技股份有限公司

申请日：2019-01-28

公开（公告）日：2024-06-18

公开（公告）号：CN110120390B

主分类号：H01L27/02

分类号：H01L27/02;H01L21/8222;H01L21/8249

优先权：["20180207 US 15/891,133"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.18#授权;2020.12.29#实质审查的生效;2019.08.13#公开

摘要：公开了一种半导体设备及其构造方法。在一些示例中，该半导体设备包括第一电源节点、输入‑输出节点以及位于第一电源节点与输入‑输出节点之间的第二电源节点。该半导体设备还包括保护元件，该保护元件被配置成阻挡第一电源节点与输入‑输出节点之间的载流子的寄生流，其中，载流子的寄生流基于第二电源节点的电压电平。

主权项：1.一种半导体设备，包括：第一电源节点；输入-输出节点；位于所述第一电源节点与所述输入-输出节点之间的第二电源节点；以及保护元件，所述保护元件被配置成阻挡正载流子的从所述输入-输出节点经过n-p-n寄生结构到所述第一电源节点的寄生流，其中，所述正载流子的寄生流基于所述第二电源节点的电压电平，其中，所述n-p-n寄生结构的第一n区包括所述输入-输出节点，以及其中，所述n-p-n寄生结构的第二n区被电连接至所述保护元件的n型材料。

全文数据：半导体设备及其构造方法技术领域本公开涉及半导体设备。背景技术在静电放电事件期间，半导体设备可能在供电轨或者输入-输出节点处经历电流脉冲。电流脉冲可能通过半导体设备中的双极结构而不是通过主静电放电ESD放电路径而引起载流子例如电子和或空穴的寄生流。通过双极结构的寄生流可能导致半导体设备损坏。发明内容本公开描述用于抑制或者阻挡通过半导体设备的双极结构的寄生流的技术。寄生流可能由例如静电放电ESD事件期间在电源节点或者输入-输出节点处的电流脉冲引起。电流脉冲可能引起通过双极结构的寄生流。为了防止寄生流，半导体设备可以包括与寄生流串联电连接的保护元件。例如，保护元件可以被配置成通过在与双极结构允许的载流子的流相反的方向上允许载流子的流来阻挡寄生流。在一些示例中，一种设备包括第一电源节点、输入-输出节点以及位于第一电源节点与输入-输出节点之间的第二电源节点。该设备还包括保护元件，该保护元件被配置成阻挡第一电源节点与输入-输出节点之间的载流子的寄生流，其中，载流子的寄生流基于第二电源节点的电压电平。在一些示例中，一种方法包括：形成p型衬底，在p型衬底上形成p阱，以及在p型衬底上形成与p阱相邻的n阱。该方法还包括在n阱上形成第一电源节点，其中，形成第一电源节点包括在n阱上形成p型材料。该方法还包括在p阱上形成第二电源节点，其中，形成第二电源节点包括在p阱上形成p型材料。该方法包括在p阱上形成输入-输出节点，其中，形成输入-输出节点包括在p阱上形成n型材料。在附图和下面的描述中阐述了一个或更多个示例的细节。本公开的其他特征、目标、以及优点从说明书和附图以及权利要求书将变得明显。附图说明图1是示出根据本公开的一些示例的设备的概念框图，该设备包括被配置成阻挡电源节点与输入-输出节点之间的寄生流的保护元件；图2A至图2C示出了根据本公开的一些示例的、具有在输入-输出节点与一个或更多个电源节点之间的寄生流的半导体设备；图2D是示出了根据本公开的一些示例的、从输入-输出节点至电源节点的寄生流的电路图；图3A示出了根据本公开的一些示例的、包括被配置成阻挡寄生流的p-n二极管的半导体设备；图3B是示出根据本公开的一些示例的、被配置成阻挡从输入-输出节点至电源节点的寄生流的p-n二极管的电路图；图4A示出了根据本公开的一些示例的、具有保护元件和不具有保护元件的测试设备的传输线脉冲轨迹；图4B示出了根据本公开的一些示例的、包括被配置成阻挡输入-输出节点与电源节点之间的寄生流的p-n二极管的半导体设备；图5是示出根据本公开的一些示例的、被配置成阻挡从输入-输出节点到电源节点的寄生流的金属氧化物半导体晶体管的电路图；图6A示出了根据本公开的一些示例的、在输入-输出节点与电源节点之间具有寄生流的半导体设备；图6B是示出根据本公开的一些示例的、从电源节点至输入-输出节点的寄生流的电路图；图7是示出根据本公开的一些示例的、被配置成阻挡从电源节点至输入-输出节点的寄生流的p-n二极管的电路图；图8示出了根据本公开的一些示例的包括p-n二极管的半导体设备，该p-n二极管被配置成阻挡输入-输出节点与电源节点之间的寄生流；图9是示出根据本公开的一些示例的、用于构造被配置成阻挡输入-输出节点与电源节点之间的寄生流的半导体设备的示例技术的流程图；图10是示出在正常工作和静电放电ESD事件期间保护元件和寄生结构的工作的并排流程图。具体实施方式本公开描述了用于阻挡或者阻止输入-输出节点与电源节点之间的寄生电流的设备、方法以及技术。在由例如静电放电ESD事件引起的输入-输出节点处的电流脉冲期间可能产生寄生流。在一些示例中，设备的结构可以允许载流子的寄生流，该载流子的寄生流可以流过由设备中的双极结构产生的低阻抗路径。ESD事件期间寄生结构的低阻抗可能导致高电流，这可能损坏设备。为了防止输入-输出节点与电源节点之间的寄生流，设备可以包括保护元件，例如p-n二极管、金属氧化物半导体MOS晶体管和或双极晶体管。保护元件可以被配置成阻挡在ESD事件期间的寄生流或载流子。保护元件和设备的结构可以使载流子不流过寄生结构或者在输入-输出节点与另一电源节点之间流动，这可以减少对设备的损坏。防止载流子的寄生流的另一种设计方法是增加输入-输出节点与电源节点例如，图1中的节点110和130之间的距离。这种设计方法增加了设备的总体积，这可能由于成本和形式因素的原因而不是所期望的。这种设计方法还降低电源节点相对于闩锁latch-up条件的收集效率。此外，这种设计方法不能应用于三维隔离方案。另一种设计方法包括输入-输出节点与电源节点之间的高欧姆连接。例如，连接可以具有大于100欧姆的电阻，但是电源节点的收集效率可能随着电阻的增加而降低。而且，随着电阻的增加，闩锁风险变得更高。又一种设计方法包括其阴极连接至输入-输出节点的齐纳二极管或者雪崩二极管。二极管的阳极可以连接至具有与输入-输出节点不同的掺杂类型的中间电源节点。在输入-输出节点与类似掺杂的电源节点之间仍然可能产生载流子的寄生流，但与没有齐纳二极管或者雪崩二极管的设备相比，寄生流的可能性较小。由于齐纳二极管的覆盖区大，这种设计方法将增加设备的尺寸。此外，闩锁保护方案将消耗相当大的面积，因为齐纳二极管的阴极可能是距离设备的有源电路较远的深电子发射极。因此，与其他设计相比，使用保护元件来阻挡载流子的寄生流可以带来成本节约和更小的体积。保护元件可用于处理过电压冲击或欠电压冲击。过电压容差或者欠电压容差可能是主要的设计考虑因素。过电压和欠电压的原因包括噪声交叉耦合和系统供电顺序。在一些示例中，系统可能不一定能够在输入-输出节点的电压电平升高之前防止高侧电源升高。此外，设备中较少的组件可能导致输入-输出节点在有限时间内接收远高于高侧电源的电压电平的情况。鲁棒并且面积优化的过电压容差或者欠电压容差ESD以及闩锁保护可以提高系统设计的灵活性，并且增加设备对客户的价值。图1是示出根据本公开的一些示例的设备100的概念框图，设备100包括被配置成阻挡电源节点110与输入-输出节点130之间的寄生流150的保护元件140。设备100包括电源节点110和120、输入-输出节点130和保护元件140。设备100以及设备100的任何元件可以包括诸如硅、锗、砷化镓、氮化镓、碳化硅的半导体材料和或任何其他合适的半导体材料。设备100可以被配置成作为各种设备中的电力电子电路的驱动器来工作，各种设备包括计算机、移动设备、电视和或电动机。电源节点110和120均可以被配置成接收电源，例如高侧电压源例如，VDD或者低侧电压源例如，参考接地GND，VSS。电源节点110和120中的每一个可以包括高掺杂半导体材料，例如n+材料或p+材料。在一些示例中，电源节点110可以通过环绕设备100的两侧或更多侧来形成保护轨。电源节点120可以在两侧或者更多侧上环绕输入-输出节点130，如图2C所示。电源节点120可以位于电源节点110与输入-输出节点130之间。电源节点120可以包括与电源节点110不同类型的高掺杂半导体材料。例如，电源节点110包括n+材料，电源节点120可以包括p+材料。电源节点120处的电压电平会影响节点110和130之间的通过保护元件140的寄生电流。电力可以在电源节点110与输入-输出节点130之间通过与电源节点120相邻的中间区域流动。电力可以包括正载流子例如，空穴或不存在电子的流和负载流子例如，电子的流。输入-输出节点130可以包括导电区或者电连接至导电区，例如n+区或者p+区。输入-输出节点130的掺杂类型可以与电源节点110相同，并且与电源节点120的掺杂类型相反。例如参见图2A和图2B，节点110和130中的每一个可以包括n+材料，并且电源节点120可以包括p+材料。在另一示例中，节点110和130中的每一个可以包括p+材料，并且电源节点120可以包括n+材料。设备100的结构可以基于寄生n-p-n双极结构或寄生p-n-p双极结构而允许节点110和130之间的寄生流。如果在输入-输出节点130处产生静电放电ESD电流脉冲，则正载流子可以基于电源节点120的电压电平、经由寄生流150从输入-输出节点130流向电源节点110。然而，可能希望正载流子从输入-输出节点130流向电源节点120。根据本公开的技术，保护元件140可以被配置成阻挡电源节点110与输入-输出节点130之间的载流子的寄生流150。保护元件140可以包括p-n二极管、MOS晶体管、p-n-p双极晶体管和或n-p-n双极晶体管。保护元件140可以包括集成在设备100中的元件和或外部地连接至电源节点110或者输入-输出节点130的元件。保护元件140可以阻挡寄生流150，从而防止可能由ESD事件导致的设备100损坏。保护元件140可以是位于节点110与130之间的双向元件。保护元件140可以具有高电阻率例如，超过100千欧姆，以使节点110与130之间的正偏置至少持续1微秒，这大约是ESD事件的持续时间，从而抑制在ESD事件期间的寄生流150。对于节点110和130包括n+材料的示例，正偏置可以表示正载流子从输入-输出节点130向电源节点110流动。对于节点110与130之间的正偏置，保护元件140也可以具有高击穿电压BV，其中保护元件140的BV大于预期ESD路径的箝位电压减去通过寄生双极结构的寄生流150的保持电压。预期ESD路径可以是正载流子从输入-输出节点130流向电源节点120、然后流向电源节点110。对于用于直流DC操作的节点110与130之间的负偏置，保护元件140可以具有小于10欧姆的低电阻率，以保证输入-输出节点130的闩锁保护功能。设备100的设计可适用于节点110和130中每个都包含p+材料的情况。寄生流150可以是通过设备100的电流，该寄生流150在设备100的工作期间不是预期的。寄生流150可以基于节点110与节点120之间的寄生电容以及节点120与节点130之间的寄生电容。节点110、120和130可以形成双极寄生结构，该双极寄生结构当例如输入-输出节点130经历ESD电流脉冲时允许寄生流150。在一些示例中，节点110和130可以包括形成n-p-n双极寄生结构的末端或者负载端子的n区。通过n-p-n双极寄生结构的载流子流可以基于节点120的电压电平。尽管节点110、120和130被描述为单个元件，但节点110、120和130中的每一个可以包括若干元件或者材料。例如，电源节点110可以包括如图2A至图2C、图3A和图8所示的n+材料和或与电连接至n+材料的诸如焊料、铜、铝和或金的金属导电材料。另外地或者可替选地，电源节点110可以包括如图4B和图6A所示的p+材料。图2A至图2C示出了根据本公开的一些示例的、具有在输入-输出节点与一个或更多个电源节点之间的寄生流的半导体设备。图2A至图2C的半导体设备被描述为具有位于设备外部的n扩散区域。然而，本公开的技术也适用于包括位于设备外部的p扩散区域的半导体设备参见图6A和图8。设备200A可以包括氧化物层260A、262A、264A和266A，以电隔离节点210A、212A、220A、222A和230A。设备200A还可以包括p阱270A和轻掺杂p区272A。电源节点220A、区域270A和或区域272A可以作为寄生双极结构250A的基础而工作。电源节点222A、区域270A和或区域272A可以作为寄生双极结构252A的基础而工作。在一些示例中，电源节点210A可以电连接至电源节点212A，如图2C的顶视图所示。因此，节点210A和212A可以是单个电源节点，或者节点210A和212A可以是电隔离的。在一些示例中，节点210A可以电连接至节点212A，但是节点210A和212A可以是不同的结构。类似地，如图2C所示，电源节点220A可以电连接至电源节点222A。节点210A可以是第一高侧电源节点，并且节点212A可以是第二高侧电源节点。节点220A可以是第一低侧电源节点，并且节点222A可以是第二低侧电源节点。节点220A可以位于节点210A与230A之间。节点222A可以位于节点212A与230A之间。电源节点210A和212A均可以包括n阱，并且区域272A可以是形成寄生结构250A和252A的p区的p阱。输入-输出节点230A以及电源节点210A和212A可以形成寄生结构250A的n区和寄生结构252A的n区。保护元件被配置成阻挡通过寄生结构250A和252A的正载流子的寄生流。保护元件可以集成到设备200A中，或者可以外部连接例如，连接至节点210A和212A。输入-输出节点230A可以包括过电压ESD保护。输入-输出节点230A还可以具有绝对高high-absolute的钳位电压例如，超过5伏特。n扩散区域电连接至输入-输出节点230A，这在ESD应力作用下可能容易发生寄生操作。寄生操作可以包括通过n-p-n双极结构例如双极结构250A和或252A的载流子的寄生流。相反，如果输入-输出节点230A电连接至p扩散区域，则寄生操作可以包括通过p-n-p双极结构的载流子的寄生流。与输入-输出节点230A电连接的扩散区域可以是主ESD保护的一部分和或半导体设备的有源电路的一部分。寄生双极结构250A和252A可以在输入-输出节点230A的扩散区域与高侧电源节点210A或212A的n区之间形成。电源节点210A和212A的n区可以被配置成收集保护环中的电子以用于闩锁保护。图2B的保护环210B是n+区的示例，该n+区围绕设备200B的两侧或更多侧并且电连接至电源节点。由于电流细化filamentation，双极结构250A和252A的操作可能对设备200A具有破坏性。对于电源节点210A和212A具有p+材料的设备，也可能发生寄生流的问题。在这样的设备中，节点210A、212A和230A的p+材料可以包括欠电压和或绝对高钳位电压ESD保护。电源节点210A和212A可以电连接至诸如VSS的低侧电源，这可能导致节点230A与节点210A和212A之间的寄生p-n-p双极操作。图2B示出了包括保护环210B的示例设备。保护环210B可以是n型隔离保护环，n型隔离保护环被配置成在闩锁事件期间收集载流子。保护环210B可以包括设备200B外部的高侧电源节点例如，第一高侧电源节点和第二高侧电源节点。保护环210B可以至少部分地包围低侧电源节点220B和222B以及输入-输出节点230。图2B描绘了在三侧例如，y轴的两个方向和底部z轴方向两者上部分地包围节点220B、222B和230的保护环210B。保护环210B还可以在x轴方向中的一个或者两个上包围节点220B、222B和230图2B中未示出。图2C为设备200C的顶视图，其可以具有与设备200A和或200B的类似设计。输入-输出节点230可以位于设备200C的中心，在x轴和y轴方向被电绝缘区域260围绕。电源节点220可以围绕电绝缘区域260，并且电绝缘区域262可以围绕电源节点220。可以包括隔离保护环的电源节点210可以围绕电绝缘区域262。节点210、220和230中每个可以被配置成电连接至外部设备或线以发送和接收信号。截面A-A可以表示图2A中的设备200A和或图2B中的设备200B所示的视图。图2D是示出根据本公开的一些示例的、从输入-输出节点230D至电源节点210D的寄生流的电路图。在ESD事件期间，电流脉冲如图2D中的闪电所示可能引起通过寄生结构250D至电源节点210D的正载流子的寄生流。为防止寄生流，可以在电源节点210D与寄生结构250D之间放置保护元件以阻挡从输入-输出节点230D至电源节点210D的正载流子的流动。为了测试设备的ESD保护，可以向输入-输出节点230D中注入几百毫安的DC电流。所注入的电流不应导致寄生晶闸管在设备的任何地方触发。一种收集电流的技术是用于收集电流的保护环如图2B中所描绘的保护环210B以防止载流子分布在整个设备上而对部件造成伤害或者触发寄生晶闸管工作。在一些示例中，ESD事件可能在设备由用户操作时发生，可能是在设备上电之前。设备未被上电时，高侧电源节点处的电压电平可以等于参考地。图3A示出了根据本公开的一些示例的包括p-n二极管340A的半导体设备300A，p-n二极管340A被配置成阻挡寄生流。图3A描绘了设备300A的并排结构，但是这些结构也可以在x轴方向上串联定位。二极管340A可以是位于输入-输出节点330A与电源节点310A、312A和314A之间的反串联二极管。主ESD保护设备可以包括由输入-输出节点330A的n+材料和电源节点320A和322A的p+材料形成的一个或更多个p-n二极管380A和382A。这些二极管380A和382A可能对于负应力进行正向偏置操作，而对于正应力进行雪崩操作，例如，当电流脉冲引起输入-输出节点330A的电压电平升高时。这些p-n二极管380A和382A可以被配置成阻挡或阻止从输入-输出节点330A通过保护环302A和电连接304A至电源节点320A和322A的正载流子的流动。二极管380A和382A也可以是n型金属氧化物半导体NMOS或者连接至输入-输出节点330A的具有n扩散材料的任何其他保护设备。保护环302A可以被配置成提供闩锁保护作为围绕p阱376A、p区374A和二极管380A和382A的三维n隔离区域。保护环302A的设计可以在y轴和z轴方向上产生寄生n-p-n双极结构350A。减小寄生流的一种设计方法是增大输入-输出节点330A与保护环302A之间的横向距离例如y轴方向，但增大横向距离对z轴方向的寄生双极结构影响不大或者没有影响。反串联二极管340A可以以如下方式定位：阳极连接至电源节点314A的p+区，并且阴极连接至由电连接304A和保护环302A形成的n隔离区域，其中，n隔离区域可以形成寄生双极结构350A的发射极区域。n-p-n寄生结构350A可以包括输入-输出节点330A的n区、保护环302A的n区、p区374A以及p阱376A。通过寄生结构350A的流动可以基于它们。反串联二极管340A可以包括隔离内的n+pw二极管、p+nw二极管、或者特定技术的节点中可利用的任何其他类型的二极管。寄生n-p-n双极结构350A能够从输入-输出节点330A导电到保护环302A，因为二极管340A可以抑制到电源节点310A、312A和314A之一的正向电流，直到达到二极管340A的击穿电压。为了维持二极管340A的电子收集能力，二极管340A的宽度应该允许以小于1伏特的电压降来收集闩锁注入电流通常小于100毫安DC。图3B是示出根据本公开的一些示例的p-n二极管340B的电路图，该二极管被配置成阻挡从输入-输出节点330B到电源节点310B的寄生流。在ESD事件期间，二极管340B可以被配置成阻挡正载流子从输入-输出节点330B通过寄生双极结构350B流向电源节点310B。二极管340B的p区可以电连接至电源节点310B，并且二极管340B的n区可以电连接至n-p-n寄生结构350B的n型端子。二极管340A、340B、440B、442B、740、840和842是本公开的无源保护元件的示例，其中图5中的MOS晶体管540是有源保护元件的示例。图4A示出了根据本公开的一些示例的、具有保护元件和不具有保护元件的测试设备的传输线脉冲TLP轨迹。图4A描绘了诸如图3A和图3B中所示的反串联二极管的保护元件的ESD鲁棒性效应。图4A示出了两个测试电路的TLP测量结果，其中一个电路具有保护元件而另一个电路不具有保护元件。测试涉及将两个电路从输入-输出节点施加到具有正极性的电源节点。具有大端点的细线表示没有保护元件的测试电路。通过n-p-n双极结构的寄生流在大约60毫安对应于100伏特人体模型HBM的非常低的电流水平处触发并失效。粗线表示具有用作阻挡载流子的寄生流的保护元件的反串联二极管的相同电路的TLP轨迹。保护元件的故障电流急剧提高至大约2.4安培，这是雪崩二极管的固有故障极限。图4B示出了根据本公开的一些示例的包括p-n二极管440B和442B的半导体设备400B，p-n二极管440B和442B被配置成阻挡输入-输出节点430B与两个电源节点410B和412B之间的寄生流。二极管440B和442B是本公开的保护元件的示例。虽然图4B描绘了两个p-n二极管440B和442B，但是可能只有一个二极管，因为电源节点410B可以在x轴方向上延伸以连接至电源节点412B。另外，n阱480B可以在x轴方向上延伸以连接至n阱482B。因此，n-p-n寄生结构450B和452B可以形成单个n-p-n寄生结构。同样地，图2A、图2B、图3A、图4B、图6A和图8的侧视图可以包括在x轴方向上延伸以连接至对称元件的元件。像设备300A那样，设备400B还采用反串联二极管440B和442B来抑制n-p-n寄生结构450B和452B，其中二极管440B和442B与相邻的闩锁保护n区480B和482B合并。闩锁保护或者电子收集区480B和482B可以设计为保护环而不是围绕的n隔离区域。该设计布置可以比附加的反串联二极管更为面积优化。这种设计布置在硅管芯silicondie上是可行的。二极管440B包括可以用作高侧电源节点的p+区410B。二极管440B还包括n阱480B，该n阱480B可以形成n-p-n寄生结构450B的末端。n-p-n寄生结构450B还可以包括作为基底端子的p阱472B以及作为另一末端端子的输入-输出节点430B。二极管440B和442B可以被配置成阻挡从输入-输出节点430B通过n-p-n寄生结构450B和452B以及n阱480B和482B到电源节点410B和412B的正载流子的寄生流。图5是示出根据本公开的一些示例的MOS晶体管540的电路图，该MOS晶体管540被配置成阻挡从输入-输出节点530到电源节点510的寄生流。MOS晶体管540是本公开的保护元件的示例。MOS晶体管540可以被配置成在电源节点510接收高侧电源电压的正常工作期间导通，尽管寄生结构550可以阻挡正载流子从电源节点510流向输入-输出节点530。MOS晶体管540可以被配置成在ESD临界应力路径如电源节点510有浮置电压或接地时不导通。当正电压施加到输入-输出节点530其中电源节点510电连接至参考地时，可能发生临界应力组合。在MOS晶体管540是NMOS开关的情况下，其中栅极和体例如，主体连接至电源节点510，开关是不导通的。作为NMOS开关，由于与高侧电源节点510的体连接，MOS晶体管540可以包括隔离区域例如，部分地包围设备的三维区域。MOS晶体管540的宽度可以适于闩锁保护环要求。饱和电流应在100毫安的范围内。保护元件540可以包括PMOS开关或者双极设备，而不是NMOS开关。此外，MOS晶体管540可以包括动态栅极或者体控制，使得开关在ESD事件的持续时间内不导通。MOS晶体管540可以被配置成阻挡从输入-输出节点530通过n-p-n寄生结构550到电源节点510的正载流子的寄生流。图6A示出了根据本公开的一些示例的半导体设备600A，其在输入-输出节点630A与电源节点610A和612A之间具有寄生流。输入-输出节点630A可以被配置成具有p扩散区域的欠电压容差。与图2A、图2B、图3A和图4B相比，可以转换高侧电源节点和低侧电源节点的位置。高侧电源节点620A和622A可以位于输入-输出节点630A与低侧电源节点610A和612A之间。节点610A、612A和630A中的每一个可以包括p+区。节点620A和622A可以包括电连接至高侧电源的n+区。N阱672A可以使输入-输出节点630A与电源节点610A和612A隔开。寄生p-n-p双极晶体管650A和652A可以在与主放电路径竞争中在ESD事件期间触发，主放电路径可以从输入-输出节点630A到电源节点620A和622A。如图6A中所描绘的，当正应力被施加到VSS而IO连接至测试地面时，会发生上述情况。图6B是示出根据本公开的一些示例的从电源节点620B到输入-输出节点630B的寄生流的电路图。电源节点620B可以电连接至低侧电源，例如参考地。当电源节点620B经历ESD事件时，预期的电流路径从电源节点620B到电源节点610B到输入-输出节点630B。然而，寄生双极结构650B可以提供从电源节点620B到输入-输出节点630B的寄生电流路径。图7是示出根据本公开的一些示例的被配置成阻挡从电源节点720到输入-输出节点730的寄生流的p-n二极管740的电路图。电源节点720可以电连接至低侧电源，例如参考地。二极管740可以被配置成阻挡从电源节点710通过n-p-n寄生结构750到输入-输出节点730的正载流子的寄生流，并且阻挡从输入-输出节点730通过n-p-n寄生结构750到电源节点710的负载流子的寄生流。为了抑制p-n-p双极结构750在ESD事件期间的工作，二极管740被配置成阻挡从电源节点720到输入-输出节点730的正载流子寄生流。二极管740是本公开的保护元件的示例。二极管740可以在设备的正常工作期间导电，但是寄生结构750可以阻挡从输入-输出节点730向电源节点720的正载流子的流动。然而，二极管740可以在ESD事件期间不导电。二极管740可以位于p-n-p双极结构750的发射极与电源节点720之间。二极管740可以是外部反串联二极管例如，隔离的n+pw二极管、集成二极管例如，图8中的二极管840和842、或者任何其他类型的开关。在ESD事件期间，二极管740可以用作节点720与730之间的高欧姆连接。在正常工作期间，二极管740可以用作关于节点720与730之间的正载流子集合的低欧姆连接。图8示出了根据本公开的一些示例的包括p-n二极管840和842的半导体设备，p-n二极管840和842被配置成阻挡输入-输出节点830与电源节点810和812之间的寄生流。二极管840和842可以是无源开关元件，其被配置成阻挡从输入-输出节点830通过n-p-n寄生结构850到电源节点810的负载流子的寄生流。在一些示例中，外部有源保护元件诸如MOS晶体管可以电连接至低侧电源节点810和812，并且被配置成阻挡从输入-输出节点830到电源节点810和812的负载流子的寄生流。p阱880和882可以形成二极管840和842的p型材料以及p-n-p寄生结构850和852的第一p区。低侧电源节点810和812Vss可以形成二极管840和842的n型材料。输入-输出节点830可以形成p-n-p寄生结构850和852的第二p区。电源节点820可以位于节点810与节点830之间，并且电源节点822可以位于节点812与节点830之间。在一些示例中，设备800可以包括类似于设备200B和300A的保护环的隔离保护环，该隔离保护环至少部分地包围节点820、822和830。图9是示出根据本公开的一些示例的用于构造被配置成阻挡输入-输出节点与电源节点之间的寄生流的半导体设备的示例技术的流程图。尽管参考图4B中的设备400B来描述图9中的技术，但是例如图1至图3B和图5至图8中的设备的其他部件可以例示类似的技术。图9的技术包括形成p型衬底470B900和在p型衬底470B上形成p阱472B902。P型衬底470B可以包括相对轻掺杂的p型半导体材料。P阱472B可以包括相对高掺杂的p型半导体材料。图9的技术还包括在p型衬底470B上形成与p阱472B相邻的n阱480B和482B904。n阱480B和482B可以包括相对高掺杂的n型半导体材料。尽管在图4B中被描绘为两种结构，但n阱480B和482B可以是在x轴方向上向页面内和或页面外延伸的单个n阱结构。图9的技术还包括在n阱480B上形成电源节点410B，其中形成电源节点410B包括在n阱480B上形成p型材料906。尽管在图4B中被描绘为两种结构，但是电源节点410B和412B可以是在x轴方向上向页面内和或页面外延伸的单个结构。电源节点410B和412B可以形成二极管440B和442B的p型材料，并且n阱480B和482B可以形成二极管440B和442B的n型材料。二极管440B和442B可以被配置成阻挡从p阱472B到电源节点410B和412B的正载流子的寄生流。图9的技术还包括在p阱472B上形成电源节点420B和422B，其中，形成电源节点420B和422B包括在p阱472B上形成p型材料908。尽管在图4B中被描绘为两种结构，但是电源节点420B和422B可以是在x轴方向上向页面内和或页面外延伸的单个结构。图9的技术还包括在p阱472B上形成输入-输出节点430B，其中，形成输入-输出节点430B包括在p阱472B上形成n型材料910。输入-输出节点430B可以形成n-p-n寄生双极结构450B和452B的n型材料。在ESD事件期间，输入-输出节点430处的电流脉冲会导致从输入-输出节点430通过p阱472B到n阱480B和482B的正载流子的寄生流。寄生流可以基于电源节点420B和422B的电压电平。图9的技术还可以应用于图8的设备800，该设备可提供欠电压保护。例如，图9的技术包括成形成p型衬底870900以及在p型衬底870上成形n阱872902。p型衬底870可以包括相对轻掺杂的p型半导体材料。n阱872可以包括相对高掺杂的n型半导体材料。图9的技术还包括在p型衬底870上形成与n阱872相邻的p阱880和882904。p阱880和882可以包括相对高掺杂的p型半导体材料。尽管图8描绘为两种结构，但p阱880和882可以是在x轴方向上向页面内和或页面外延伸的单个p阱结构。图9的技术还包括在p阱880上形成电源节点810，其中形成电源节点810包括在p阱810上形成n型材料906。尽管图8描绘为两种结构，但电源节点810和812可以是在x轴方向上向页面内和或页面外延伸的单个结构。电源节点810和812可以形成二极管840和842的n型材料，并且p阱880和882可以形成二极管840和842的p型材料。二极管840和842可以被配置成阻挡从n阱872到电源节点810和812的负载流子的寄生流。图9的技术还包括在n阱872上形成电源节点820和822，其中，形成电源节点820和822包括在n阱872上形成n型材料908。尽管图8描绘为两种结构，但电源节点820和822可以是在x轴方向上向页面内和或页面外延伸的单个结构。图9的技术还包括在n阱872上形成输入-输出节点830，其中，形成输入-输出节点830包括在n阱872上形成p型材料910。输入-输出节点830可以形成p-n-p寄生双极结构850和852的p型材料。在ESD事件期间，输入-输出节点830处的电流脉冲可能导致从输入-输出节点830通过n阱872到p阱880和882的负载流子的寄生流。寄生流可以基于电源节点820和822的电压电平。然而，二极管840和842可以被配置成阻挡从输入-输出节点830到电源节点810和812的负载流子的寄生流。图10是示出在正常工作和ESD事件期间保护元件和寄生结构的工作的并排流程图。尽管参考图4B中的设备400B来描述图10中的技术，但是例如图1至图3B和图5至图8中的设备的其他部件可以例示类似的技术。在正常工作期间，电源节点410B可以具有高电压电平1000。高电压电平可以是三伏特、五伏特、十伏特、几十伏特，几百伏特或者比电源节点420B的电压电平高一千伏特以上。电源节点410B处的高电压电平可以使保护元件440B正向偏置1002，因为保护元件440B的p型区可以电连接至电源节点410B。然而，寄生结构450B可以被配置成阻挡从电源节点410B到输入-输出节点430B的正载流子的流动1004。在ESD事件期间，输入-输出节点430B可能经历电流脉冲，这引起临时高电压电平1020。在ESD事件期间，输入-输出节点430B可以具有高于电源节点410B的电压电平的电压电平，从而使保护元件440B反向偏置1022。然而，寄生结构450B被偏置成允许从电源节点410B到输入-输出节点430B的正载流子的流动1024。以下编号的示例说明本公开的一个或更多个方面。示例1.一种设备，包括：第一电源节点；输入-输出节点；以及位于第一电源节点与输入-输出节点之间的第二电源节点。该设备还包括保护元件，其被配置成阻挡第一电源节点与输入-输出节点之间的载流子的寄生流，其中，载流子的寄生流基于第二电源节点的电压电平。示例2.根据示例1的设备，其中，保护元件被配置成阻挡从输入-输出节点到第一电源节点的正载流子的寄生流。示例3.根据示例1至2或其任何组合的设备，其中，保护元件被配置成阻挡通过n-p-n寄生结构从输入-输出节点到第一电源节点的正载流子的寄生流。n-p-n寄生结构的第一n区包括输入-输出节点。另外，n-p-n寄生结构的第二n区连接至保护元件的n型材料。示例4.根据示例1至3或其任何组合的设备，其中，保护元件包括p-n二极管，并且p-n二极管的p型材料连接至第一电源节点。p-n二极管的n区连接至n-p-n寄生结构的第二n区。示例5.根据示例1至4或其任何组合的设备，其中，保护元件包括有源保护元件，该有源保护元件被配置成阻挡从输入-输出节点到第一电源节点的正载流子的寄生流。示例6.根据示例1至5或其任何组合的设备，其中，有源保护元件包括金属氧化物半导体晶体管，该金属氧化物半导体晶体管被配置成阻挡从输入-输出节点到第一电源节点的正载流子的寄生流。示例7.根据示例1至6或其任何组合的设备，其中，第一电源节点是第一高侧电源节点，以及其中，第二电源节点是第一低侧电源节点。示例8.根据示例1至7或其任何组合的设备，还包括：第二高侧电源节点；以及位于第二高侧电源节点与输入-输出节点之间的第二低侧电源节点。示例9.根据示例1至8或其任何组合的设备，还包括n型隔离保护环，该n型隔离保护环包括第一高侧电源节点和第二高侧电源节点。该n型隔离保护环至少部分地包围第一低侧电源节点、第二低侧电源节点以及输入-输出节点。示例10.根据示例1至9或其任何组合的设备，其中，第一高侧电源节点包括第一n阱，而第二高侧电源节点包括第二n阱。设备还包括与第一n阱、第二n阱、第一低侧电源节点、第二低侧电源节点以及输入-输出节点相邻的p阱。保护元件被配置成阻挡通过n-p-n寄生结构的正载流子的寄生流，以及n-p-n寄生结构的p区包括p阱。示例11.根据示例1至10或其任何组合的设备，其中，保护元件被配置成阻挡从第一电源节点到输入-输出节点的负载流子的寄生流。示例12.根据示例1至11或任何组合的设备，其中，保护元件包括p-n二极管，以及该p-n二极管的n型材料包括第一电源节点。示例13.根据示例1至12或其任何组合的设备，其中，保护元件被配置成阻挡通过p-n-p寄生结构从第一电源节点到输入-输出节点的负载流子的寄生流。p-n-p寄生结构的第一p区包括输入-输出节点，以及p-n-p寄生结构的第二p区包括p-n二极管的p型材料。示例14.根据示例1至13或其任何组合的设备，其中，保护元件包括有源保护元件，该有源保护元件被配置成阻挡从第一电源节点到输入-输出节点的负载流子的寄生流。示例15.根据示例1至14或其任何组合的设备，其中，有源保护元件包括金属氧化物半导体晶体管，该金属氧化物半导体晶体管被配置成阻挡从第一电源节点到输入-输出节点的负载流子的寄生流。示例16.根据示例1至15或其任何组合的设备，其中，第一电源节点是第一低侧电源节点，以及其中，第二电源节点是第一高侧电源节点。示例17.根据示例1至16或其任何组合的设备，还包括：第二低侧电源节点；以及位于第二低侧电源节点与输入-输出节点之间的第二高侧电源节点。示例18.根据示例1至17或其任何组合的设备，还包括p型隔离保护环，该p型隔离保护环包括第一低侧电源节点和第二低侧电源节点。p型隔离保护环至少部分地包围第一高侧电源节点、第二高侧电源节点和输入-输出节点。示例19.根据示例1至18或其任何组合的设备，其中，第一低侧电源节点与第一p阱相邻，第二低侧电源节点与第二p阱相邻。设备还包括与第一p阱、第二p阱、第一高侧电源节点、第二高侧电源节点以及输入-输出节点相邻的n阱。保护元件被配置成阻挡通过p-n-p寄生结构的负载流子的寄生流。p-n-p寄生结构的第一p区包括输入-输出节点，以及p-n-p寄生结构的第二p区包括第一p阱或第二p阱。p-n-p寄生结构的n区包括n阱。示例20.一种方法，包括：形成p型衬底；在p型衬底上形成p阱；以及在p型衬底上形成与p阱相邻的n阱。方法还包括在n阱上形成第一电源节点，其中，形成第一电源节点包括在n阱上形成p型材料。方法还包括在p阱上形成第二电源节点，其中，形成第二电源节点包括在p阱上形成p型材料。方法包括在p阱上形成输入-输出节点，其中，形成输入-输出节点包括在p阱上形成n型材料。已经描述本公开的各种示例。所描述系统、操作或者功能的任何组合都是所设想的。这些和其他示例落入所附权利要求的范围之内。

权利要求：1.一种半导体设备，包括：第一电源节点；输入-输出节点；位于所述第一电源节点与所述输入-输出节点之间的第二电源节点；以及保护元件，所述保护元件被配置成阻挡所述第一电源节点与所述输入-输出节点之间的载流子的寄生流，其中，所述载流子的寄生流基于所述第二电源节点的电压电平。2.根据权利要求1所述的半导体设备，其中，所述保护元件被配置成阻挡从所述输入-输出节点到所述第一电源节点的正载流子的寄生流。3.根据权利要求2所述的半导体设备，其中，所述保护元件被配置成阻挡通过n-p-n寄生结构从所述输入-输出节点到所述第一电源节点的正载流子的寄生流，其中，所述n-p-n寄生结构的第一n区包括所述输入-输出节点，以及其中，所述n-p-n寄生结构的第二n区电连接至所述保护元件的n型材料。4.根据权利要求3所述的半导体设备，其中，所述保护元件包括p-n二极管，其中，所述p-n二极管的p型材料电连接至所述第一电源节点，以及其中，所述p-n二极管的n型材料电连接至所述n-p-n寄生结构的所述第二n区。5.根据权利要求2至4中任一项所述的半导体设备，其中，所述保护元件包括有源保护元件，所述有源保护元件被配置成阻挡从所述输入-输出节点到所述第一电源节点的正载流子的寄生流。6.根据权利要求5所述的半导体设备，其中，所述有源保护元件包括金属氧化物半导体晶体管，所述金属氧化物半导体晶体管被配置成阻挡从所述输入-输出节点到所述第一电源节点的正载流子的寄生流。7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体设备，其中，所述第一电源节点是第一高侧电源节点，以及其中，所述第二电源节点是第一低侧电源节点。8.根据权利要求7所述的半导体设备，还包括：第二高侧电源节点；以及位于所述第二高侧电源节点与所述输入-输出节点之间的第二低侧电源节点。9.根据权利要求8所述的半导体设备，还包括n型隔离保护环，所述n型隔离保护环包括所述第一高侧电源节点和所述第二高侧电源节点，其中，所述n型隔离保护环至少部分地包围所述第一低侧电源节点、所述第二低侧电源节点以及所述输入-输出节点。10.根据权利要求8或9所述的半导体设备，其中，所述第一高侧电源节点包括第一n阱，其中，所述第二高侧电源节点包括第二n阱，所述第二n阱电连接至所述第一n阱，其中，所述半导体设备还包括与所述第一n阱、所述第二n阱、所述第一低侧电源节点、所述第二低侧电源节点以及所述输入-输出节点相邻的p阱，其中，所述保护元件被配置成阻挡通过n-p-n寄生结构的正载流子的寄生流，以及其中，所述n-p-n寄生结构的p区包括所述p阱。11.根据权利要求1所述的半导体设备，其中，所述保护元件被配置成阻挡从所述第一电源节点到所述输入-输出节点的负载流子的寄生流。12.根据权利要求11所述的半导体设备，其中，所述保护元件包括p-n二极管，以及其中，所述p-n二极管的n型材料包括所述第一电源节点。13.根据权利要求12所述的半导体设备，其中，所述保护元件被配置成阻挡通过p-n-p寄生结构从所述第一电源节点到所述输入-输出节点的负载流子的寄生流，其中，所述p-n-p寄生结构的第一p区包括所述输入-输出节点，以及其中，所述p-n-p寄生结构的第二p区包括所述p-n二极管的p型材料。14.根据权利要求11至13中任一项所述的半导体设备，其中，所述保护元件包括有源保护元件，所述有源保护元件被配置成阻挡从所述第一电源节点到所述输入-输出节点的负载流子的寄生流。15.根据权利要求14所述的半导体设备，其中，所述有源保护元件包括金属氧化物半导体晶体管，所述金属氧化物半导体晶体管被配置成阻挡从所述第一电源节点到所述输入-输出节点的负载流子的寄生流。16.根据权利要求11至15中任一项所述的半导体设备，其中，所述第一电源节点是第一低侧电源节点，以及其中，所述第二电源节点是第一高侧电源节点。17.根据权利要求16所述的半导体设备，还包括：第二低侧电源节点；以及位于所述第二低侧电源节点与所述输入-输出节点之间的第二高侧电源节点。18.根据权利要求17所述的半导体设备，还包括p型隔离保护环，所述p型隔离保护环包括所述第一低侧电源节点和所述第二低侧电源节点，其中，所述p型隔离保护环至少部分地包围所述第一高侧电源节点、所述第二高侧电源节点和所述输入-输出节点。19.根据权利要求17或18所述的半导体设备，其中，所述第一低侧电源节点与第一p阱相邻，其中，所述第二低侧电源节点与第二p阱相邻，其中，所述半导体设备还包括与所述第一p阱、所述第二p阱、所述第一高侧电源节点、所述第二高侧电源节点以及所述输入-输出节点相邻的n阱，其中，所述保护元件被配置成阻挡通过p-n-p寄生结构的负载流子的寄生流，其中，所述p-n-p寄生结构的第一p区包括所述输入-输出节点，其中，所述p-n-p寄生结构的第二p区包括所述第一p阱或所述第二p阱，以及其中，所述p-n-p寄生结构的n区包括所述n阱。20.一种用于构造半导体设备的方法，包括：形成p型衬底；在所述p型衬底上形成p阱；在所述p型衬底上形成与所述p阱相邻的n阱；在所述n阱上形成第一电源节点，其中，形成所述第一电源节点包括在所述n阱上形成p型材料；在所述p阱上形成第二电源节点，其中，形成所述第二电源节点包括在所述p阱上形成p型材料；以及在所述p阱上形成输入-输出节点，其中，形成所述输入-输出节点包括在所述p阱上形成n型材料。

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