具有集成保护结构的结隔离阻断电压装置及其形成方法

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具有集成保护结构的结隔离阻断电压装置及其形成方法

时间:2019-11-26本站浏览次数:95

       

具有集成保护结构的结隔离阻断电压装置及其形成方法

提供了结隔离阻断电压装置及其形成方法。在具体实施方式中,阻断电压装置包括电连接至第一p阱的阳极终端、电连接至第一n阱的阴极终端、电连接至第二p阱的接地终端、以及用于隔离第一p阱和p型衬底的n型隔离层。第一p阱和第一n阱操作作为阻塞二极管。阻断电压装置还包括与第一n阱中形成的P+区域、第一n阱、第一p阱和第一p阱中形成的N+区域相关的PNPN硅控整流器(SCR)。此外,阻断电压装置还包括与第一p阱中形成的N+区域、第一p阱、n型隔离层、第二p阱以及第二p阱中形成的N+区域相关的NPNPN双向SCR。

具有集成保护结构的结隔离阻断电压装置及其形成方法

第三P阱52c和第四P+区域53d可形成阻断电压装置100的保护环或结构。在集成在芯片上时,保护环可被用来消除阻断电压装置100与周围的半导体组件之间的不期望的寄生路径的形成。在图示的配置中,第三P阱52c与第二η阱54b隔开以通过减少注入P型衬底51的载流子来提高锁定免疫力。保护环可电连接至衬底电压Vsub,例如,电源下端或接地电源。

阻塞二极管31可具有从第一 P阱52a形成的阳极以及从第一η阱54a形成的阴极。此夕卜,第一PNP双极型晶体管32可以是一个横向寄生双极型装置,其具有从第二P+区域53b形成的发射极、从第一η阱54a形成的基极、以及从第一P阱52a形成的集电极。而且,双向PNP双极型晶体管33可以是一个横向寄生双极型装置,其具有从第二P阱52b形成的发射极/集电极E/C、从η型隔离层59形成的基极、以及从第一P阱52a形成的集电极/发射极C/E。此外,第三PNP双极型晶体管82可以是一个横向寄生双极型装置,其具有从第二P+区域53b形成的发射极、从第一η阱54a形成的基极、以及从第二P阱52b形成的集电极。而且,第一NPN双极型晶体管34可以是一个纵向寄生双极型装置,其具有从第一和第六N+区域55a,55f形成的发射极、从第一P阱52a形成的基极、以及从η型隔离层59形成的集电极。此外,第二NPN双极型晶体管35可以是一个纵向寄生双极型装置,其具有从第四和第五N+区域55d,55e形成的发射极、从第二P阱52b形成的基极、以及从η型隔离层59形成的集电极。

图6Α是用于IC的接口电路300的一个示例的电路图。接口电路300包括η型双扩散金属氧化物半导体(NDMOS)晶体管301、ρ型双扩散金属氧化物半导体(PDMOS)晶体管302、第一阻断电压装置303、第二阻断电压装置304、第一接口控制电路305、第二接口控制电路306、第一电阻器307、第二电阻器308、保护装置或钳位器309、以及焊盘310。例如,接口电路300可被用作用于FLEXRAY的驱动器电路或高端和低端LIN接口。

在图示的配置中,阻断电压装置100直接形成在P型衬底51中。然而,此处的指教可应用至其它配置,例如其中P型衬底包括掺杂或未掺杂的衬底区域上方的P型外延层,并且阻断电压装置100被形成在P型外延层中的配置。虽然在图3A-3C中没有示出,但是P型衬底51还可包括在其中形成的其它装置或结构。

第三P阱52c和第四P+区域53d可形成阻断电压装置100的保护环或结构。在集成在芯片上时,保护环可被用来消除阻断电压装置100与周围的半导体组件之间的不期望的寄生路径的形成。在图示的配置中,第三P阱52c与第二η阱54b隔开以通过减少注入P型衬底51的载流子来提高锁定免疫力。保护环可电连接至衬底电压Vsub,例如,电源下端或接地电源。

可利用阻塞二极管31,例如通过二极管尺寸、几何形状和/或掺杂情况的选择,来控制阳极终端A和阴极终端C之间的阻断电压电路的正向传导特征。此外,通过第一NPN双极型晶体管34和第一PNP双极型晶体管32的增益和传导强度以及通过选择第一和第二电阻器41、42的电阻值,可控制阳极终端A和阴极终端C之间的反向传导特征;第一和第二电阻器41、42分别布置在第一NPN双极型晶体管34和第一PNP双极型晶体管32的基极-发射极结两端,而且该反向传导特征在瞬间电事件期间可加速导通。而且,通过第一和第二NPN双极型晶体管34、35和双向PNP双极型晶体管33的增益和传导强度以及通过第一和第三电阻器41、43的电阻值,可控制阳极终端A和接地终端G之间的正向和反向传导特征。在具体实施方式中,通过选择与晶体管有关的有源区和阱的尺寸、间隔以及掺杂浓度,可以控制双极型晶体管的操作特征。由此,可提供阻断电压电路30的正向和反向传导特征的精调控制,从而使得能够在精确度接口信令应用中实施阻断电压电路30。

在图示的配置中,阻断电压装置100直接形成在P型衬底51中。然而,此处的指教可应用至其它配置,例如其中P型衬底包括掺杂或未掺杂的衬底区域上方的P型外延层,并且阻断电压装置100被形成在P型外延层中的配置。虽然在图3A-3C中没有示出,但是P型衬底51还可包括在其中形成的其它装置或结构。

图示的阻断电压装置100进一步包括包含第三PNP双极型晶体管82和第二NPN双极型晶体管35的PNPNSCR。第三PNP双极型晶体管82和第二NPN双极型晶体管35操作作为交叉耦接的双极型晶体管对,其可保护阻断电压装置100以防止阴极终端C和接地终端G之间接收的ESD和/或EMI事件期间的损坏,例如与η型隔离层59和P型衬底51之间的结相关的损坏。虽然该结可能在阻断电压装置100被用作阻塞二极管元件时更不容易被损坏,第三PNP双极型晶体管82和第二NPN双极型晶体管35仍有利于保护该结。




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