使用双极晶体管基极撷取的对称阻隔的瞬态电压抑制器制造技术

一种用来抑制一瞬变电压的对称阻隔瞬态电压抑制器(TVS)电路，其 包含有一具有电连接至两个晶体管的共用源极的基极的NPN晶体管，借此， 不论正向或负向电压瞬变时，基极都将被连接至一低电位端。两个晶体管是 两个本质相同的晶体管，以实现一本质对称双向压制瞬变电压。这两个晶体 管还包含有具有内部电连接源极的第一与第二MOSFET晶体管。第一 MOSFET晶体管还包含有一连接至高电位端的漏极与一连接至低电位端的 栅极，而第二MOSFET晶体管还包含有一连接至低电位端的漏极与一连接至 高电位端的栅极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种瞬态电压抑制器(TVS)的电路结构与制造方法。特别 涉及一种改良的对称双向阻隔的瞬态电压抑制器(TVS)的电路结构与制造 方法，其具有双极晶体管基极撷取(basesnatch)，用以将基极连接至低电位2.先前技术现有的设计与制造双向阻隔的瞬态电压抑制器(TVS)的技术仍然面临 一个技术瓶颈，即TVS器件的基极是连接至一漂移电位端的。具体而言，双 向阻隔的TVS是利用具有相同发射极-基极与集电极-基极击穿电压的对称 NPN/PNP结构所构成的。然而，这样的构成方式经常导致漂移基极(floating base),进而产生电压随时间发生变化的困难，即dV/dt。由于当基极是漂移 的，则随时间发生的电压变化更导致漏电流的问题，即电压的变化dV/dt引 起相等的电容产生充放电，其增加了漏电流。瞬态电压抑制器(TVS) —般应用于保护集成电路，使其免受由于疏忽 而不慎施加到集成电路上过大的电压而造成的损伤。集成电路一般被设计为 可以超出正常电压范围运行。然而，在例如静电放电(ESD)的状况下，电 快速瞬变以及闪电的状态下，无法预期与无法控制的高电压可能意外地施加 到电路上。在集成电路发生这样的过电压情况下而可能发生类似损伤时，就 需要TVS器件提供保护功能以避免其发生。当集成电路中所实施的器件数量 增加时，就更易受到过电压的损伤，此时对TVS防护的需求也增加了。 TVS 的应用范例包括USB电源与数据线防护、数字影视界面、高速以太网、笔记 本电脑、监视器以及平板显示器。图1A和IB分别是TVS器件的电路图与电流-电压图。一理想的TVS 是完全阻碍电流的，即零电流，当输入电压Vin小于击穿电压VBD时，漏7电流最小。并且，理想化的情况下，在输入电压Vin远大于击穿电压VBD 时，TVS几近于零电阻，因此瞬变电压(transientvoltage)可被有效地压制。 TVS可以利用PN结器件来实施，其具有当瞬变输入电压超过击穿电压时允 许电流传导的击穿电压，而从达到对瞬变电压的防护。然而，如图1B所示， PN结类型的TVS不具有少数载流子(minority carrier),并具有极差的压制 性能。另一种利用双极NPN/PNP所实施的TVS,其具有双极晶体管的雪崩 触发导通。基极充满少数载流子，同时双极TVS可以达到较佳的压制电压。 然而，雪崩电流通过双极增益而被放大。随着电子技术的进步，越来越多的器件与应用都需要双向TVS的防护。 音频设备、ADSL、多重模式收发器与其它电子设备都需要提供双向TVS防 护，因为这些电子设备装设有更易因为瞬变电压而损伤的电子元件，并且运 行于更多不同类行的状态下，其瞬变电压可能产生正向或负向瞬变电压。目 前，提供双向TVS最有效的技术是利用具有相同发射极-基极与集电极-基极 击穿电压的对称NPN/PNP结构来实施。然而，如同先前所讨论的，在如图 2A与2B所示的现有的双向TVS器件中，其分别具有对称压制或非对称压 制，在这些NPN/PNP电路中的TVS的基极是被设置在漂移电位的，从而达 到对称击穿。在这些实施例中，漂移基极引起dV/dt问题与漏电流问题。因此，在电路设计与器件制造领域一直存在着一种对于能够提供解决上 述问题的新颖的改良的电路结构与制造方法的需求。特别是，始终存在提供 新颖的改良的TVS电路的需求，以提供双向对称阻隔瞬态电流，以达到借由 NPN/PNP晶体管实现的TVS防护，其中基极始终连接至一电位端，由此解 决上述的问题与困难。
技术实现思路
本专利技术的一个方面是提供一种具有连接至较低电位的基极的双向对称阻 隔TVS，借此，上述的由现有双向阻隔TVS的漂移基极所引起的问题与限 制将被克服。本专利技术的另一个方面是提供一种具有连接至较低电位的基极的双向对称 阻隔TVS,并且该TVS是通过应用集成电路制作工艺制成的侧向或垂直结 构来实现的。8本专利技术的一个优选实施例大致公开了一种用以抑制瞬态电压的对称阻隔瞬态电压抑制器(TVS)电路。此对称阻隔瞬态电压抑制器(TVS)电路包 含有一双极晶体管，其具有一电连接至两个MOS晶体管的共源极的基极， 由此，在正向或负向电压瞬变时，双极晶体管的基极被连接至双极晶体管的 发射极电位。在另一优选实施例中，两个MOS晶体管是两个本质上完全相 同的晶体管，以实现一本质对称的双向压制瞬态电压。这两个MOS晶体管 还包含有具有电性源极内连接的第一与第二 MOSFET晶体管。第一 MOSFET晶体管还包含有一连接至一高电位端的漏极和一连接至一低电位端的栅极， 并且第二 MOSFET晶体管还包含有一连接至一低电位端的漏极和一连接至 高电位端的栅极。在一个实施例中，对称阻隔瞬态电压抑制器(TVS)电路 包含有一 NPN双极晶体管，该NPN双极晶体管具有一电连接至两个MOS 晶体管的共源极的基极， 一连接至高电位端的集电极以及一连接至低电位端 的发射极。在另一实施例中，对称阻隔瞬态电压抑制器(TVS)电路包含有 一 PNP双极晶体管，该PNP双极晶体管具有一电性连接至两个MOS晶体管 的共源极的基极， 一连接至低电位端的集电极以及一连接至高电位端的发射 极。在另一实施例中，第一 MOSFET晶体管和第二 MOSFET晶体管的还包 含有两个横向MOSFET晶体管，其沿半导体衬底的第一方向横向延伸，并横 向设置于掺杂区域相对的两侧，该掺杂区域作为NPN晶体管的基极，该掺杂 区域在半导体衬底上沿垂直于第一方向的第二方向延伸。第一与第二 MOSFET晶体管被围绕于两个N型井区域之间，该两个N型井区域横向设 置于掺杂区域的相对两侧，该掺杂区域作为NPN双极晶体管的基极，其中两 个N型井区域被作为NPN晶体管的发射极与集电极。第一 MOSFET晶体管、 第二 MOSFET晶体管与NPN双极晶体管都通过应用CMOS制造方法制造。在另一优选实施例中，本专利技术还公开了一种如同集成电路的电子器件， 其中该电子器件还包含有一对称阻隔瞬态电压抑制器(TVS)电路。TVS电 路的第一 MOSFET晶体管与第二 MOSFET晶体管还包含有两个共享一共用 源极区域的横向MOSFET晶体管，其被包围于一P型体区域中，该P型体 区域作为NPN晶体管的基极。NPN晶体管还包含有一具有共用源极区域的 垂直NPN晶体管，该共用源极区域作为阴极端设置于作为基极区域的P型体区域之上，并且设置于P型体区域下方的掺杂衬底层作为NPN晶体管的 阳极端。第一与第二 MOSFET晶体管还包含有二个横向MOSFET晶体管， 并且NPN晶体管还包含有一利用DMOS制作过程制作的垂直NPN晶体管。本专利技术还公开了一种制作具有集成对称阻隔瞬态电压抑制器(TVS)电 路的电子器件的方法。这个方法包括电连接NPN晶体管的基极至两个晶体管 的共用源极的步骤，以在正向或负向电压瞬变时将基极连接(tie)至一低电 位端。该方法还包含制作两个本质相同的晶体管的步骤，以形成一本质对称 双向压制瞬变电压。在一优选实施例中，本方法还包含有制作两个晶体管的 步骤，并作为具有内部源极电连接的第一与第二 MOSFET晶体管，用以电连 接至NPN晶体管的基极。在一优选实施例中，该方法还包含将第一 MOSFET 晶体管的漏极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对称阻隔瞬态电压抑制器（ＴＶＳ）电路，其包含有：　一具有电连接至两个晶体管的共用源极的基极的双极晶体管，以此，在正向或负向电压瞬变时，所述的基极连接到所述双极晶体管的发射极电位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.30 US 11/541,3701.一种对称阻隔瞬态电压抑制器(TVS)电路，其包含有一具有电连接至两个晶体管的共用源极的基极的双极晶体管，以此，在正向或负向电压瞬变时，所述的基极连接到所述双极晶体管的发射极电位。2. 如权利要求1所述的对称阻隔瞬态电压抑制器电路，其中所述的两个晶体管还包含有两个本质相同的晶体管，以实现一本质 对称的双向压制瞬变电压。3. 如权利要求1所述的对称阻隔瞬态电压抑制器电路，其中所述的两个晶体管还包含具有内部电连接源极的第一与第二MOSFET晶体管。4. 如权利要求3所述的对称阻隔瞬态电压抑制器电路，其中所述的第一 MOSFET晶体管还包含有一连接至高电位端的漏极，与 一连接至低电位端的栅极，所述的第二 MOSFET晶体管还包含有一连接 至低电位端的漏极，与一连接至高电位端的栅极。5. 如权利要求4所述的对称阻隔瞬态电压抑制器电路，其中所述的双极包含有一 NPN晶体管，其具有一连接至所述低电位端 的发射极，与一连接至所述高电位端的集电极。6. 如权利要求5所述的对称阻隔瞬态电压抑制器电路，其中所述的第一与第二 MOSFET晶体管是N型沟道MOSFET晶体管。7. 如权利要求4所述的对称阻隔瞬态电压抑制器电路，其中所述的双极晶体管包含有一PNP晶体管，其具有一连接至所述高电 位端的发射极与一连接至所述低电位端的集电极。8. 如权利要求7所述的对称阻隔瞬态电压抑制器电路，其中所述的第一与第二 MOSFET晶体管是P型沟道MOSFET晶体管。9. 一种半导体器件，其包含有一第一晶体管与一第二晶体管；以及一双极晶体管，其中所述的双极晶体管具有一电连接至所述第一与 第二晶体管的共用源极的基极，借此，不论正向或负向电压瞬变，所述 基极都将连接至所述双极晶体管发射极的电位，以作为一对称阻隔瞬态 电压抑制器(TVS)。10. 如权利要求9所述的半导体器件，其中所述的第一与第二晶体管还包含有具有一内部电连接源极的第一与 第二 MOSFET晶体管。11. 如权利要求10所述的半导体器件，其中所述的第一 MOSFET晶体管还包含有一连接至高电位端的漏极与 一连接至低电位端的栅极，所述的第二 MOSFET晶体管还包含有一连接 至该低电位端的漏极与一连接至该高电位端的栅极。12. 如权利要求10所述的半导体器件，其中所述的双极包含有一 NPN晶体管，其具有一连接至所述低电位端 的发射极与一连接至所述高电位端的集电极。13. 如权利要求12所述的半导体器件，其中所述的第一与第二 MOSFET晶体管是N型沟道MOSFET晶体管。14. 如权利要求12所述的半导体器件，其中所述的双极NPN晶体管包含有一横向晶体管。15. 如权利要求14所述的半导体器件，其中所述的第一 MOSFET晶体管与所述的第二 MOSFET晶体管还包含 有两个横向MOSFET晶体管，其横向沿着一半导体衬底的第一方向延伸 并且横向设置在一掺杂区域的相对两侧，其中所述的掺杂区域作为NPN 晶体管的基极，该掺杂区域在半导体衬底上沿着垂直于所述第一方向的 第二方向延伸。16. 如权利要求15所述的半导体器件，其中两个N型井区域横向...

【专利技术属性】
技术研发人员：马督儿·博德，
申请(专利权)人：万国半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：BM