專利名稱：半導(dǎo)體電路調(diào)節(jié)器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體電路中的調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
在大多數(shù)的集成電路(IC)工藝中，通過在p型襯底上形成的n型擴(kuò)散層來構(gòu)成有源器件。
在有源器件的周圍構(gòu)建了一個(gè)用于提供隔離的擴(kuò)散區(qū)，p型隔離層與集成電路的襯底短接，在這種情況下，必須向襯底施加與電路中的最低電位相對(duì)應(yīng)的電位，從而可以向襯底和與構(gòu)建在襯底上的有源器件島相關(guān)的隔離pn節(jié)提供反偏壓。
然而，即使有源器件島被反偏置到襯底上，也總是存在從器件到襯底的電流，其被稱為襯底電流。襯底電流可能是來自圍繞器件島的反偏置區(qū)的泄漏電流或者其他的從npn晶體管中的正向偏置區(qū)或者正向偏置發(fā)射極或者集電極發(fā)出的少數(shù)載流子。
在具有高電壓源的電路中，這些襯底電流占了集成電路功率消耗中的很大部分。
襯底的電位通常是通過在集成電路封裝中提供的一個(gè)管腳供應(yīng)的。這個(gè)管腳接下來被連接到電路上的一個(gè)焊點(diǎn)，這個(gè)焊點(diǎn)接下來通過到隔離發(fā)散區(qū)的一個(gè)金屬導(dǎo)線被連接到襯底。由于襯底電壓分布在整個(gè)集成電路上，所以可以在集成電路的任何地方進(jìn)行與隔離擴(kuò)散區(qū)的連接，以獲得襯底電壓。
這樣就不需要對(duì)這一電壓形成獨(dú)立的金屬連接，除非在應(yīng)用中需要非常低的電阻或者非常低的噪音。在一些應(yīng)用中，襯底自己和隔離層構(gòu)成了半導(dǎo)體器件的一部分，例如在所謂的襯底pnp晶體管中，晶體管周圍的隔離層和襯底被設(shè)計(jì)為集電極。
由于襯底電位是電路中的最低電位，襯底電位與最高的電源電壓一起確定電路中可用的電壓范圍。
在一些應(yīng)用中，例如在電話系統(tǒng)中提供振鈴信號(hào)的用戶線接口電路(SLIC)中就期望電路的輸出電壓是不同的。
在使用SLIC提供輸出振鈴信號(hào)的情況下，在SLIC處于通話模式的時(shí)候，通常使用一種稱為摘機(jī)電池(off-hook battery)的電池，在SLIC處于振鈴模式的時(shí)候，通常使用一種稱為振鈴電池(ring battery)的電池，其在絕對(duì)值上擁有比摘機(jī)電池更高的輸出電壓。
SLIC中的電源電壓通常比地電壓低，并且襯底的電位確定了在SLIC中可用的電壓范圍。為了在不同的模式下使用的不同的電池之間進(jìn)行切換，提供了集成電池開關(guān)。
在圖1中示出了在設(shè)計(jì)為輸出振鈴信號(hào)的SLIC中應(yīng)用的這種現(xiàn)有技術(shù)的開關(guān)S。在話音傳輸期間，當(dāng)SLIC處于通話模式時(shí)，提供給負(fù)載RL(也就是連接到SLIC的用戶電話設(shè)備和前往/來自用戶的電話線)的電壓將在絕對(duì)值上低于摘機(jī)電池OHB的電壓。
來自負(fù)載RL的電流將經(jīng)過一個(gè)二極管D2到摘機(jī)電池OHB，摘機(jī)電池OHB的電壓大約是-50伏，提供給負(fù)載的電壓Vbat2將是大約-50伏。
當(dāng)SLIC處于通話模式的時(shí)候，開關(guān)S將是打開的。當(dāng)確定SLIC向負(fù)載RL輸出一個(gè)振鈴信號(hào)的時(shí)候，也就是確定連接到SLIC上的用戶的電話設(shè)備振鈴的時(shí)候，開關(guān)被激活并閉合。
其結(jié)果是，在這種情況下電位Vbat2將與振鈴電池RB的電壓相同，在這種情況下將是-90伏。二極管D2現(xiàn)在將被反偏置，并不流過任何電流。線路驅(qū)動(dòng)電路A和B現(xiàn)在被連接到振鈴電壓，并且可以將振鈴電壓施加到負(fù)載上，從而可以在傳遞振鈴信號(hào)的時(shí)候增加電壓。
然而在通話模式下，存在著與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的功率損失問題。這樣，來自電路的泄漏電流將流入襯底abt，該襯底具有與高電壓降相對(duì)應(yīng)的電位，并因此泄漏電流將造成較大的功率損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)半導(dǎo)體電路，其具有比前述現(xiàn)有技術(shù)少的功率損失。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供一種機(jī)制，在這種機(jī)制下，半導(dǎo)體裝置的襯底電位在特定的工作模式下可以被控制到優(yōu)化值。
這些目的和其他的目的可以通過設(shè)計(jì)輸出變化的輸出電壓的電路來獲得，其中半導(dǎo)體器件的襯底被連接到調(diào)節(jié)器，也就是開關(guān)，而所述的調(diào)節(jié)器被連接到比所述電路的襯底電位低的電位。


本發(fā)明將在下面參考附圖進(jìn)行更加詳細(xì)地描述圖1在前面已經(jīng)描述過，它是一個(gè)示出了依照現(xiàn)有技術(shù)的SLIC的電路圖；圖2是一個(gè)示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例的電路圖；圖3是一個(gè)依照本發(fā)明的第二實(shí)施例的電路圖。
具體實(shí)施例方式
圖2中示出了一個(gè)用戶線接口電路(SLIC)的電路圖。SLIC包括連接在電位Vbat2和地gnd之間的第一放大器級(jí)1，和連接在電位Vbat2和地gnd之間的第二放大器級(jí)2。放大器級(jí)1和2的輸出端子構(gòu)成了與負(fù)載RL連接的輸出端子之間的SLIC的輸出端子。
連接到電位Vbat2的放大器級(jí)的端子被進(jìn)一步連接到在其中構(gòu)建了SLIC的集成電路的襯底3，并通過二極管D2連接到擁有第一輸出電壓Vbat2的第一電池4，電池4可以擁有大約為-50伏的輸出電壓。
連接到電位Vbat2的放大器級(jí)的端子被還被連接到開關(guān)S的第一端子，開關(guān)S的第二端子被連接到擁有第二輸出電壓Vrbat的第二電池5。電池5的第二輸出電壓最好擁有一個(gè)較大的絕對(duì)輸出電壓，例如可以是-90伏。
開關(guān)S進(jìn)一步擁有一個(gè)第三控制端子。作為對(duì)開關(guān)S的控制端子的電流反饋的響應(yīng)，在第一和第二端子之間的連接被相應(yīng)地打開和閉合。這樣，開關(guān)S就連接在擁有最高絕對(duì)電壓的電源電壓和集成電路的襯底之間。
在圖2中，開關(guān)被示為一個(gè)單獨(dú)的npn晶體管，晶體管的發(fā)射極和基極的電位接近于振鈴電池的電位，而晶體管的集電極端子與襯底電位短接。這樣，由于集電極隔離二極管隨后將被正向偏置，所以npn集電極的電位不可能低于襯底的電位。
在開關(guān)S中施加了控制電流I2，也就是說，如圖2所示，施加于npn晶體管的基極端子的電流是由橫向pnp晶體管E提供的。在這個(gè)例子中，橫向pnp晶體管的集電極是p型的，由于pnp晶體管的基極端子可以被反向偏置，所以該集電極可以擁有一個(gè)低于襯底電位的電位。
橫向pnp晶體管的基極端子的電位，也就是擴(kuò)散型的n-島可以比襯底電位高，并且可以被工作于接近地電位的電位的電路C控制。
這種安排還具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這樣，在話音的傳輸中，開關(guān)S被打開而且電位Vbat2基本上是第一電池4的輸出電壓。
由于現(xiàn)在襯底被連接到這一電位，所有的泄漏電流將可以施加到對(duì)應(yīng)于第一電池4而不是具有更大輸出電壓的第二電池5的輸出電壓，因此在SLIC處于通話模式的時(shí)候，由泄漏電流導(dǎo)致的功率損失將被顯著減少。
另外，所有的襯底pnp晶體管，也就是集電極連接到晶體管的襯底電位的pnp晶體管可以在不增加功率消耗的情況下被保留。否則就必須使用更大的傳統(tǒng)的pnp晶體管替換所有的這種襯底pnp晶體管，并且需要如圖2所示的將較大的晶體管的集電極連接到Vbat2，從而導(dǎo)致必須構(gòu)成附加的金屬連接，這當(dāng)然不是所期望的。
另外，結(jié)合圖2所描述的在電路中發(fā)生雪崩現(xiàn)象的危險(xiǎn)將大大減少，這是因?yàn)榭梢詫㈦娐吩O(shè)計(jì)為在開關(guān)閉合的時(shí)候，也就是電路處于振鈴模式的時(shí)候，電路的活動(dòng)部分可以使用擁有較高擊穿電壓的器件來實(shí)現(xiàn)。
另外，電路將是更加可靠的，因?yàn)橐r底電位較接近于地電位，并且金屬導(dǎo)體之間的電壓降、可能的多晶硅穿接(cross-under)和穿過隔離層的電阻將降低。只有在有振鈴信號(hào)的時(shí)候才會(huì)應(yīng)用高電壓，而有振鈴信號(hào)的時(shí)候僅僅是電路的整個(gè)活動(dòng)時(shí)間中一個(gè)相當(dāng)短的時(shí)間。
需要進(jìn)一步注意的是，開關(guān)/調(diào)節(jié)器可以被構(gòu)建成沒有n摻雜的島，也就是npn晶體管集電極端子或者橫向pnp晶體管基極端子和pnp集電極端子處于低于襯底電位的電位。因此只有兩個(gè)npn晶體管的基極和發(fā)射極端子處于襯底電位以下。
在圖3中示出了依照第二實(shí)施例的應(yīng)用過程，圖2和圖3之間的電路的不同之處是開關(guān)S被調(diào)節(jié)器D替代。使用調(diào)節(jié)器而不是開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是襯底電位隨后可以被置于如電池5的振鈴電池和如電池4的摘機(jī)電池之間的任何電位。
可以根據(jù)一個(gè)或者幾個(gè)參數(shù)通過例如由控制電路F提供的控制電壓來控制調(diào)節(jié)器D，以便把Vbat2改變?yōu)殡姵?的電壓和電池5的電壓之間的值。例如可以去監(jiān)視一個(gè)或者幾個(gè)擊穿電位低于電路的其余部分的晶體管，這樣就可以使襯底電位的絕對(duì)值以及獨(dú)立電路的振鈴電壓最大化。
進(jìn)而，在這個(gè)應(yīng)用中使用的電池的輸出電壓可以是一個(gè)更高或者更低的值。例如振鈴電池，也就是電池5的輸出電壓可以是-110伏，摘機(jī)電池，也就是電池4的輸出電壓可以是-24伏。
在給出的例子中結(jié)合SLIC示出了連接到低于襯底電位的電位的調(diào)節(jié)器的使用。然而本發(fā)明并非僅僅限制于使用SLIC，而是可以當(dāng)然地應(yīng)用在電路被設(shè)計(jì)為在不同的運(yùn)行模式下使用不同的電源電壓的其他應(yīng)用中。
此外，可以使用任何適當(dāng)?shù)姆绞綐?gòu)建調(diào)節(jié)器，例如使用MOS晶體管、半導(dǎo)體閘流管或者其他的半導(dǎo)體器件。
另外，不需要使用p型的襯底。這樣就可以使用一個(gè)n型的襯底，在這個(gè)應(yīng)用中使用的電位將比地電位要高，而且襯底的電位將對(duì)應(yīng)于電路的最高電位。
最后，這里描述的電路僅僅包含兩個(gè)不同的電源電壓。然而，在一些應(yīng)用中可能需要或者期望在地電位以外使用僅僅一個(gè)電源電壓，或者使用三個(gè)或者更多不同的電源電壓，這里描述的調(diào)節(jié)器當(dāng)然可以被修改為這樣的應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體電路，其包含適于處于第一電位的襯底，所述半導(dǎo)體電路可以通過電壓提供端子連接到適于提供第二電位的電壓源，所述第二電位在襯底是p型的時(shí)候低于第一電位，在襯底是n型的時(shí)候高于第一電位，其特征在于，所述半導(dǎo)體電路包括連接在襯底和電壓提供端子之間的電壓調(diào)節(jié)器，以控制襯底的所述第一電位位于地電位和所述第二電位之間。
2.一種半導(dǎo)體電路，其可以通過至少一個(gè)第一和第二電壓提供端子連接到至少兩個(gè)不同的電壓源，該電路被設(shè)計(jì)為在至少兩個(gè)電壓提供端子接收至少兩個(gè)不同的電壓，在第二端子接收到的電壓的絕對(duì)值比在第一端子接收到的電壓高，該電路包含調(diào)節(jié)器，用于把所述至少兩個(gè)電路電壓之間的電壓施加到所述的電路，其特征在于，所述電路的襯底被連接到第一端子，以及，該調(diào)節(jié)器被連接在電路的襯底和第二端子之間。
3.如權(quán)利要求1或者2中任何一個(gè)所述的電路，其特征在于，調(diào)節(jié)器包含至少一個(gè)第一雙極型晶體管，尤其是npn晶體管。
4.如權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于，調(diào)節(jié)器包含至少一個(gè)以達(dá)林頓結(jié)構(gòu)與上述至少第一雙極型npn晶體管連接的至少一個(gè)第二雙極型npn晶體管。
5.如權(quán)利要求2到4中的任何一個(gè)所述的電路，其特征在于，該電路包含三個(gè)或者更多的電壓提供端子以接收電源電壓。
6.如權(quán)利要求1到5中任何一個(gè)所述的電路，其特征在于，該電路是用戶線接口電路。
7.如權(quán)利要求1到6中任何一個(gè)所述的電路，其特征在于，調(diào)節(jié)器是開關(guān)。
全文摘要
在設(shè)計(jì)為輸出不同的輸出電壓的電路中，半導(dǎo)體器件的襯底被連接到一個(gè)連接到比電路的襯底電位低的電位的調(diào)節(jié)器，尤其是一個(gè)開關(guān)。例如該電路可以應(yīng)用于一個(gè)用戶線接口電路(SLIC)。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1489789SQ0280439
公開日2004年4月14日 申請日期2002年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月31日
發(fā)明者亨里克·黑爾貝格, 安德斯·埃默里克斯, 哈肯·申丁, 埃默里克斯, 亨里克 黑爾貝格, 申丁 申請人:印芬龍科技股份有限公司