用于保护在高应力条件下操作的电子电路的装置和方法制造方法及图纸

技术编号:9281347 阅读:140 留言:0更新日期:2013-10-25 01:00
提供在高应力操作条件下电子电路保护的装置和方法。在一个实施方案中,一种装置包括衬底(47),其具有第一p阱(44c)、邻近第一p阱的第二p阱(44b),以及使第一p阱与第二p阱分离的n型区(46)。n型有源区(43b)在第一p阱上面并且p型有源区(42b)在第二p阱上面。n型有源区和p型有源区分别电连接到高反向阻断电压(HRBV)设备(40)的阴极和阳极。n型有源区、第一p阱和n型区操作为NPN双极晶体管(58a),并且第二p阱、n型区和第一p阱操作为PNP双极晶体管(53a)。NPN双极晶体管定义HRBV设备的相对较低的正向触发电压,并且PNP双极晶体管定义HRBV设备的相对较高的反向击穿电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于保护在高应力条件下操作的电子电路的装置和方法
本专利技术的实施方案涉及电子系统,并且更具体来说,涉及集成电子系统的保护电路。
技术介绍
某些电子系统可能遭受具有快速变化的电压和高功率的相对较短的持续时间的瞬态电事件或电信号。例如,瞬态电事件可以包括起因于从物体或人突然释放电荷到电子系统的静电放电(ESD)事件。例如,瞬态电事件也可以包括产生于将变化的电流递送到电感负载的电压尖峰、通过电磁电感耦合接收的信号,或起因于启动电机的瞬态电事件(例如,产生于启动汽车发动机的负载突降瞬态电事件)。由于在相对较小区域的IC上的过电压状态和/或高电平的功耗,瞬态电事件可能损坏电子系统内的集成电路(IC)。高功耗可能增加IC温度,并且可能导致众多问题,例如,栅氧化层穿通现象、结损害、金属损伤和表面电荷积累。此外,瞬态电事件可能引起闭锁(换句话说,无意形成低阻抗路径),由此干扰IC的运行并且可能由于在闭锁电流路径中自加热而导致对IC的永久性损伤。需要某些集成电路(例如,用于汽车信号调节和传感应用的集成电路)来容许相对较高水平的过电压应力,以及在输入引脚和/或输出引脚处的假条件(例如,电池短路条件)。因此,需要为IC提供防御此类瞬态电事件的保护。此外,需要一种保护组件,其提供非对称电流相对于电压特性并且能够安全地承受在相对严厉的汽车环境应用中遇到的过电压应力和假条件。
技术实现思路
在一个实施方案中,一种装置包括半导体衬底,其包括第一p阱和邻近第一p阱的第二p阱。第一p阱与第二p阱由n型区分离。第一n型有源区安置在第一p阱上面并且电连接到第一高反向阻断电压(HRBV)设备的阴极。第一p型有源区安置在第二p阱上面并且电连接到第一HRBV设备的阳极。第一n型有源区、第一p阱和n型区被配置成分别操作为NPN双极晶体管的发射极、基极和集电极,并且第二p阱、n型区和第一p阱被配置成分别操作为PNP双极晶体管的发射极、基极和集电极。NPN双极晶体管定义第一HRBV设备的正向触发电压,并且PNP双极晶体管定义第一HRBV设备的反向击穿电压。装置被配置成提供防御瞬态电事件的保护。在另一实施方案中,一种用于提供防御瞬态电事件的保护的方法包括:提供半导体衬底,在衬底中形成第一p阱,在衬底中形成邻近第一p阱的第二p阱以使得第一p阱与第二p阱由n型区分离,在第一p阱上面形成第一n型有源区,以及在第二p阱上面形成第一p型有源区。第一n型有源区电连接到第一高反向阻断电压(HRBV)设备的阴极,并且第一p型有源区电连接到第一HRBV设备的阳极。第一n型有源区、第一p阱和n型区被配置成分别操作为NPN双极晶体管的发射极、基极和集电极,并且第二p阱、n型区和第一p阱被配置成分别操作为PNP双极晶体管的发射极、基极和集电极。NPN双极晶体管定义第一HRBV设备的正向触发电压,并且PNP双极晶体管定义第一HRBV设备的反向击穿电压。在另一实施方案中,一种装置包括半导体衬底,其包括第一阱和邻近第一阱的第二阱。第一阱和第二阱具有第一类型的掺杂并且由具有与第一类型相反的第二类型的掺杂的掺杂区分离。第一有源区在第一阱上面,并且具有第二类型的掺杂。第一有源区电连接到第一高反向阻断电压(HRBV)设备的第一端子。第二有源区在第二阱上面,并且具有第一类型的掺杂。第二有源区电连接到第一HRBV设备的第二端子。第一有源区、第一阱和掺杂区被配置成分别操作为第一双极晶体管的发射极、基极和集电极,并且第二阱、掺杂区和第一阱被配置成分别操作为第二双极晶体管的发射极、基极和集电极。第一双极晶体管定义第一HRBV设备的正向触发电压,并且第二双极晶体管定义第一HRBV设备的反向击穿电压。装置被配置成提供防御瞬态电事件的保护。在另一实施方案中,一种用于提供防御瞬态电事件的保护的方法包括:提供半导体衬底,在衬底中形成第一阱,以及在衬底中形成邻近第一阱的第二阱以使得第一阱与第二阱由掺杂区分离。第一阱和第二阱具有第一类型的掺杂,并且掺杂区具有与第一类型相反的第二类型的掺杂。方法进一步包括在第一阱上面形成第一有源区,第一有源区具有第二类型的掺杂并且电连接到第一高反向阻断电压(HRBV)设备的第一端子。方法进一步包括在第二阱上面形成第二有源区,第二有源区具有第一类型的掺杂并且电连接到第一HRBV设备的第二端子。第一有源区、第一阱和掺杂区被配置成分别操作为第一双极晶体管的发射极、基极和集电极,并且第二阱、掺杂区和第一阱被配置成分别操作为第二双极晶体管的发射极、基极和集电极。第一双极晶体管定义第一HRBV设备的正向触发电压,并且第二双极晶体管定义第一HRBV设备的反向击穿电压。附图说明图1为包括集成电路(IC)和保护系统的电子系统的一个实例的示意性方框图。图2为根据一个实施方案的IC保护电路电流相对于瞬态电事件电压的曲线图。图3为根据一个实施方案的衬垫保护电路的示意性方框图。图4A为根据另一实施方案的IC保护电路电流相对于瞬态电事件电压的曲线图。图4B为根据又一实施方案的IC保护电路电流相对于瞬态电事件电压的曲线图。图5为高反向阻断电压(HRBV)设备的一个实施方案的带注释的截面。图6为图5的HRBV设备的等效电路图。图7为HRBV设备的另一实施方案的截面。图8为HRBV设备的另一实施方案的带注释的截面。图9为图8的HRBV设备的等效电路图。图10为HRBV设备的另一实施方案的截面。图11A为根据一个实施方案的使用保护电路的输入驱动器的示意图。图11B为用于图11A的输入驱动器的保护电路的一个实例的示意图。图11C为图11B的保护电路的一个实例的传输线脉冲(TLP)实验数据的曲线图。图12为用于图11B的保护电路的MOSPNP设备的实例的截面。图13A为根据一个实施方案的使用保护电路的输出驱动器的示意图。图13B为用于图13A的输出驱动器的保护电路的一个实例的示意图。图13C为图13B的保护电路的一个实例的传输线脉冲(TLP)实验数据的曲线图。图13D为图13A的保护电路的另一实例的示意图。图13E为图13D的保护电路的一个实例的传输线脉冲(TLP)实验数据的曲线图。图14为用于图13D的保护电路的P-MOS可控硅整流器(SCR)设备的带注释的截面。图15为图14的P-MOSSCR设备的等效电路图。具体实施方式某些实施方案的以下详细描述提供本专利技术的具体实施方案的各种描述。然而,本专利技术可以用由权利要求书定义和覆盖的多种不同的方法来实施。在这个描述中,参考附图,其中相似的参考数字指示相同或功能类似的元件。某些电子系统被配置成保护其中的电路或组件不受瞬态电事件。此外,为了帮助保证电子系统为可靠的,制造商可以在规定的应力条件下测试电子系统,这些应力条件可以由各种组织设置的标准来描述,例如,联合电子设备工程委员会(JEDEC)、国际电工委员会(IEC)和汽车工程委员会(AEC)。标准可以覆盖如上所述的大量瞬态电事件,包括ESD事件。可以通过将衬垫保护电路提供到IC的衬垫(pad)来提高电子电路可靠性。在本文件中此衬垫保护电路也可以一般称为“IC保护电路”。衬垫保护电路可以将衬垫处的电压电平保持在预定义的安全范围内。在某些应用中,可能期望衬垫保护电路呈现双向操作以使得在瞬态电事件的电压超过在正向上的正向触发电本文档来自技高网...
用于保护在高应力条件下操作的电子电路的装置和方法

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.02.11 US 13/025,9851.一种用于提供防御瞬态电事件的保护的装置,其包括:半导体衬底,其包括第一p阱和邻近所述第一p阱的第二p阱,其中所述第一p阱与所述第二p阱由n型区分离;在所述第一p阱上面的第一n型有源区,所述第一n型有源区电连接到第一高反向阻断电压HRBV设备的阴极;以及在所述第二p阱上面的第一p型有源区,所述第一p型有源区电连接到所述第一HRBV设备的阳极,其中所述第一n型有源区、所述第一p阱和所述n型区被配置成分别操作为NPN双极晶体管的发射极、基极和集电极,并且其中所述第二p阱、所述n型区和所述第一p阱被配置成分别操作为PNP双极晶体管的发射极、基极和集电极,所述NPN双极晶体管定义所述第一HRBV设备的正向触发电压,并且所述PNP双极晶体管定义所述第一HRBV设备的反向击穿电压;电连接在接合衬垫和参考电压之间的第一保护电路,其中所述第一保护电路包括所述第一HRBV设备,其中当在所述接合衬垫和所述参考电压之间接收的瞬态电事件具有第一电压极性时,所述第一保护电路被配置为激活以针对所述接合衬垫和所述参考电压之间接收的所述瞬态电事件来提供保护,并且其中所述第一HRBV设备被配置为当所述瞬态电事件具有与所述第一电压极性相反的第二电压极性时防止所述第一保护电路激活。2.如权利要求1所述的装置,其中所述半导体衬底为p型并且进一步包括位于所述第一p阱、所述第二p阱和所述n型区下面的深n阱。3.如权利要求2所述的装置,其中所述深n阱定义所述n型区的掺杂。4.如权利要求2所述的装置,其中所述n型区包括安置在所述第一p阱与所述第二p阱之间的n阱。5.如权利要求2所述的装置,其中所述p型半导体衬底进一步包括:第三p阱,其位置在与所述第二p阱相反的所述第一p阱的一侧上与所述第一p阱邻近,其中所述第一p阱与所述第三p阱由另一n型区分离,并且其中所述深n阱进一步位于所述第三p阱和所述另一n型区下面。6.如权利要求5所述的装置,其中所述p型半导体衬底进一步包括:包围所述第一p阱、所述第二p阱和所述第三p阱的n阱,其中所述n阱和深n阱使所述第一p阱、所述第二p阱和所述第三p阱与所述p型半导体衬底电隔离。7.如权利要求6所述的装置,其中所述p型半导体衬底进一步包括:第四p阱,其包围所述n阱以操作为所述第一HRBV设备的保护环的部分,其中所述第二p阱、所述n阱和所述衬底分别操作为横向寄生双极晶体管的发射极、基极和集电极,并且其中所述第四p阱与所述n阱以足够的距离隔开以使得所述横向寄生双极晶体管的击穿电压高于所述PNP双极晶体管的击穿电压。8.如权利要求7所述的装置,其中所述n阱与所述第四p阱由在0.5μm至2.5μm之间变化的距离隔离。9.如权利要求2所述的装置,其中所述第一p阱与所述第二p阱由在1.5μm至6.5μm之间变化的距离隔离。10.如权利要求2所述的装置,其进一步包括在所述第一p阱上面的第二p型有源区,所述第二p型有源区位于所述n型区与所述第一n型有源区之间。11.如权利要求10所述的装置,其进一步包括在所述第一p阱和所述n型区上面的第二n型有源区,所述第二n型有源区包括安置在所述第一p阱上面的第一部分和安置在所述n型区上面的第二部分。12.如权利要求11所述的装置,其中所述n型区包括安置在所述第一p阱与所述第二p阱之间的n阱。13.如权利要求2所述的装置,其进一步包括在所述第一p阱和所述n型区上面的第二p型有源区,所述第二p型有源区包括安置在所述第一p阱上面的第一部分和安置在所述n型区上面的第二部分。14.如权利要求1所述的装置,其中所述装置进一步包括第二保护电路,其中所述第一保护电路是正向保护电路和反向保护电路中的一个,所述第二保护电路是所述正向保护电路和反向保护电路中的另一个,其中在所述瞬态电事件具有大于所述参考电压的电压时,所述正向保护电路电连接在所述接合衬垫与所述参考电压之间并且定义防御所述瞬态电事件的保护响应,并且其中在所述瞬态电事件具有小于所述参考电压的电压时,所述反向保护电路电连接在所述接合衬垫与所述参考电压之间并且定义防御所述瞬态电事件的保护响应。15.如权利要求14所述的装置,其中所述第一保护电路是所述正向保护电路,其中所述第一HRBV设备的所述阳极电连接到所述接合衬垫,并且所述第一HRBV设备的所述阴极电连接到所述参考电压,其中所述第一HRBV设备的所述反向击穿电压为在所述瞬态电事件具有小于所述参考电压的电压时防止所述正向保护电路激活的高反向击穿电压。16.如权利要求14所述的装置,其中所述第一保护电路是所述反向保护电路,其中所述第一HRBV设备的所述阴极电连接到所述接合衬垫,并且所述第一HRBV设备的所述阳极电连接到所述参考电压,其中所述第一HRBV设备的所述反向击穿电压为在所述瞬态电事件具有大于所述参考电压的电压时防止所述反向保护电路激活的高反向击穿电压。17.如权利要求16所述的装置,其中所述第二保护电路是所述正向保护电路并且进一步包括第二HRBV设备,所述第二HRBV设备具有阳极和阴极,并且其中所述第二HRBV设备的所述阳极电连接到所述接合衬垫,并且其中所述第一HRBV设备的所述阴极电连接到所述接合衬垫,并且其中所述第二HRBV设备的高反向击穿电压在所述瞬态电事件具有小于所述参考电压的电压时防止所述正向保护电路激活。18.如权利要求17所述的装置,其中所述正向保护电路进一步包括第一PNP保护设备和第二PNP保护设备,其中所述第一PNP保护设备包括电连接到所述第二HRBV设备的阴极的发射极和基极,并且其中所述第二PNP保护设备包括电连接到所述第一PNP保护设备的集电极的发射极和基极,并且其中所述第二PNP保护设备进一步包括电连接到所述参考电压的集电极。19.如权利要求18所述的装置,其中所述第一PNP保护设备包括第一P-MOS晶体管的寄生设备,并且其中所述第二PNP保护设备包括第二P-MOS晶体管的寄生设备。20.如权利要求16所述的装置,其进一步包括与所述第一HRBV设备或所述第二HRBV设备串联电连接的保护设备。21.如权利要求16所述的装置,其进一步包括与所述第二HRBV设备串联电连接的多个保护设备。22.如权利要求16所述的装置,其进一步包括所述正向保护电路中的可控硅整流器(SCR)设备。23.一种用于提供防御瞬态电事件的保护的方法,所述方法包括:提供半导体衬底;在所述衬底中形成第一p阱;在所述衬底中形成邻近所述第一p阱的第二p阱以使得所述第一p阱与所述第二p阱由n型区分离;在所述第一p阱上面形成第一n型有源区,所述第一n型有源区电连接到第一高反向阻断电压HRBV设备的阴极;以及在所述第二p阱上面形成第一p型有源区,所述第一p型有源区电连接到所述第一HRBV设备的阳极,其中所述第一n型有源区、所述第一p阱和所述n型区被配置成分别操作为NPN双极晶体管的发射极、基极和集电极,并且其中所述第二p阱、所述n型区和所述第一p阱被配置成分别操作为PNP双极晶体管的发射极、基极和集电极,所述NPN双极晶体管定义所述第一HRBV设备的正向触发电压,并且所述PNP双极晶体...

【专利技术属性】
技术研发人员:J·A·萨尔塞多D·H·惠特尼
申请(专利权)人:美国亚德诺半导体公司
类型:
国别省市:

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