用于收發(fā)器接口過(guò)壓鉗位的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及電子系統(tǒng)，更具體地，涉及用于集成電路(IC)的雙極性過(guò)壓鉗位器件。
【背景技術(shù)】
[0002]某些電子系統(tǒng)可能暴露于瞬態(tài)電事件，或者具有快速變化的電壓和高功率、相對(duì)較短持續(xù)時(shí)間的電信號(hào)。瞬態(tài)電事件可以包括，例如，靜電放電(ESD)事件和/或電磁干擾(EMI)的事件。
[0003]由于過(guò)壓條件和/或集成電路的相對(duì)小的區(qū)域上的高水平的功耗，瞬態(tài)電事件會(huì)損壞電子系統(tǒng)內(nèi)的集成電路(1C)。高功耗可以提高集成電路的溫度，并且可能導(dǎo)致眾多不可逆的問(wèn)題，例如柵極氧化層擊穿、結(jié)損害、金屬損害以及表面電荷俘獲。另外，瞬態(tài)電事件可能引起閂鎖(換句話說(shuō)，再生低阻抗通路的無(wú)意創(chuàng)建)，從而破壞了集成電路的功能和/或潛在地導(dǎo)致IC永久損壞。因此，需要甚至在惡劣條件中，例如高溫和電氣噪聲環(huán)境，能夠提供具有高可靠性的的集成電路的低功耗器件以允許用于寬雙極性信號(hào)擺幅的精度信號(hào)處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)方面，提供了一種裝置。裝置包括基底的P型區(qū)中的η型隔離結(jié)構(gòu)、η型隔離結(jié)構(gòu)中的第一P型阱區(qū)以及η型隔離結(jié)構(gòu)中且從第一P型阱區(qū)隔開(kāi)的第二P型阱區(qū)。η型隔離結(jié)構(gòu)使第一和第二 P型阱區(qū)與基底的P型區(qū)電隔離。裝置還包括第一 P型有源區(qū)和第一 P型阱區(qū)中的第一 η型有源區(qū)，以及第二 P型有源區(qū)和第二 P型阱區(qū)中的第二 η型有源區(qū)。第一 η型有源區(qū)和第一 P型有源區(qū)電連接到第一端子，并且第二 η型有源區(qū)和第二P型有源區(qū)電連接到第二端子。裝置還包括位于第一和第二 η型有源區(qū)之間的阻塞電壓微調(diào)結(jié)構(gòu)。
[0005]在另一個(gè)方面，提供了一種裝置。裝置包括基底的P型區(qū)中的η型隔離結(jié)構(gòu)、η型隔離結(jié)構(gòu)中的第一 P型阱區(qū)以及η型隔離結(jié)構(gòu)中且從第一 P型阱區(qū)隔開(kāi)的第二 P型阱區(qū)。η型隔離結(jié)構(gòu)使第一和第二 P型阱區(qū)與基底的P型區(qū)電隔離。裝置還包括第一 P型有源區(qū)和第一 P型阱區(qū)中的第一 η型有源區(qū)，以及第二 P型有源區(qū)和第二 P型阱區(qū)中的第二 η型有源區(qū)。第一 η型有源區(qū)和第一 P型有源區(qū)電連接到第一端子，并且第二 η型有源區(qū)和第二 P型有源區(qū)電連接到第二端子。裝置還包括位于第一和第二 η型有源區(qū)之間用于阻塞電壓微調(diào)裝置。
[0006]在另一個(gè)方面，提供形成鉗位器件的方法。方法包括:在基底的P型區(qū)中形成η型隔離結(jié)構(gòu)，在η型隔離結(jié)構(gòu)中形成第一 P型阱區(qū)并且在η型隔離結(jié)構(gòu)中形成第二 P型阱區(qū)且從第一P型阱區(qū)隔開(kāi)。η型隔離結(jié)構(gòu)使第一和第二P型阱區(qū)與基底的P型區(qū)電隔離。方法還包括在第一 P型阱區(qū)中形成第一 P型有源區(qū)和第一 η型有源區(qū)，在第二 P型阱區(qū)中形成第二 P型有源區(qū)和第二 η型有源區(qū)，并且在第一和第二 η型有源區(qū)之間形成阻塞電壓微調(diào)結(jié)構(gòu)。
[0007]在另一個(gè)方面，提供了收發(fā)器接口。收發(fā)器接口包括第一引腳和具有電連接到第一引腳的第一端子和電連接到第一電壓的第二端子的第一鉗位器件。第一鉗位器件包括基底的P型區(qū)中的η型隔離結(jié)構(gòu)，η型隔離結(jié)構(gòu)中的第一 P型阱區(qū)以及η型隔離結(jié)構(gòu)中且從第一 P型阱區(qū)隔開(kāi)的第二 P型阱區(qū)。η型隔離結(jié)構(gòu)使第一和第二 P型阱區(qū)從基底的P型區(qū)電隔離。第一鉗位器件還包括第一 P型有源區(qū)和第一 P型阱區(qū)中的第一 η型有源區(qū)，和第二 P型有源區(qū)以及第二 P型阱區(qū)中的第二 η型有源區(qū)。第一 η型有源區(qū)和第一 P型有源區(qū)電連接到第一端子，并且第二 η型有源區(qū)和第二 P型有源區(qū)電連接到第二端子。第一鉗位器件還包括位于第一和第二 η型有源區(qū)之間的阻塞電壓微調(diào)結(jié)構(gòu)。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1示出了收發(fā)器接口的一個(gè)示例的電路圖。
[0009]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，示出了雙極性過(guò)壓鉗位器件的電流和電壓之間關(guān)系的曲線圖。
[0010]圖3Α是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，雙極性過(guò)壓鉗位器件的俯視圖。
[0011]圖3Β是沿線3Β-3Β取的圖3Α的雙極性過(guò)壓鉗位器件的橫截面。
[0012]圖3C是示出某些電路器件、圖3Β的橫截面的帶注解版本。
[0013]圖4示出了圖3A-3C的雙極性過(guò)壓鉗位器件的電路圖。
[0014]圖5Α-5Ε是雙極性過(guò)壓鉗位器件的各種實(shí)施例的橫截面。
[0015]圖6Α是根據(jù)另一實(shí)施例，雙極性過(guò)壓鉗位器件的橫截面。
[0016]圖6Β是示出某些電路器件，圖6Α的橫截面的帶注解版本。
[0017]圖7示出圖6Α-6Β的雙極性過(guò)壓鉗位器件的電路圖。
[0018]圖8Α-8Ε是雙極性過(guò)壓鉗位器件的各種實(shí)施例的橫截面。
[0019]圖9A-9D是雙極性過(guò)壓鉗位器件的各種實(shí)施例的橫截面。
[0020]圖1OA是根據(jù)另一實(shí)施例，雙極性過(guò)壓鉗位器件的橫截面。
[0021]圖1OB是示出了某些電路器件，圖1OA的橫截面的帶注解版本。
[0022]圖11示出了圖10Α-10Β的雙極性過(guò)壓鉗位器件的電路圖。
[0023]圖12A-12C是雙極性過(guò)電壓鉗位器件的各種實(shí)施例的橫截面。
[0024]圖13Α-13Β是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，示出了正向和反向雙極性過(guò)壓鉗位特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線圖。
[0025]圖14Α-14Β是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，示出了基底擊穿特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線圖。
[0026]圖15是根據(jù)另一實(shí)施例，示出了正向和反向雙極性過(guò)壓鉗位特性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]對(duì)于實(shí)施例的以下詳細(xì)描述呈現(xiàn)了本發(fā)明的具體實(shí)施例的各種描述。然而，本發(fā)明可以由權(quán)利要求書(shū)定義和涵蓋的許多不同方式予以體現(xiàn)。在此說(shuō)明書(shū)中，參考了附圖，其中相同的參考數(shù)字可以指示相同或功能相似的元件。
[0028]術(shù)語(yǔ)例如以上、以下、之上等，如本文所用指的是如圖中所示器件定位并且應(yīng)該做相應(yīng)地解釋。還應(yīng)該理解的是，因?yàn)榘雽?dǎo)體器件內(nèi)的區(qū)(例如晶體管)通過(guò)使用不同的雜質(zhì)或雜質(zhì)的不同濃度摻雜半導(dǎo)體材料的不同部分予以界定，不同區(qū)之間的離散的物理邊界在整個(gè)器件中實(shí)際上可能不存在，而是所述區(qū)可以從一個(gè)過(guò)渡到另一個(gè)。如附圖中所示的一些邊界是這種類型的并且僅僅為了讀者的協(xié)助被示出為突變結(jié)構(gòu)。在下面描述的實(shí)施例中，P型區(qū)可以包括P型半導(dǎo)體材料，例如硼，作為摻雜劑。另外，η型區(qū)可以包括η型半導(dǎo)體材料，例如磷，作為摻雜劑。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解下面描述的區(qū)中不同濃度的摻雜劑。
[0029]為了有助于確保電子系統(tǒng)可靠性，制造商可以根據(jù)已定義的應(yīng)力條件測(cè)試電子系統(tǒng)，它們由各種組織，例如聯(lián)合電子器件工程聯(lián)合會(huì)(JEDEC)、國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)、汽車工程協(xié)會(huì)(AEC)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)制定的標(biāo)準(zhǔn)集所描述。標(biāo)準(zhǔn)可以涵蓋如以上所討論內(nèi)容廣泛的多種瞬態(tài)電事件，包括靜電放電(ESD)事件和/或電磁干擾(EMI)的事件。
[0030]本文提供了裝置和雙極性過(guò)壓鉗位器件。鉗位器件可以用于，例如，保護(hù)收發(fā)器接口輸入和/或輸出，信號(hào)放大器的輸入和/或輸出和/或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的輸入和/或輸出。[0031 ] 在某些配置中，雙極性過(guò)壓鉗位器件包括第一 P型阱區(qū)和η型隔離結(jié)構(gòu)中的第二 P型阱區(qū)。另外，鉗位器件包括第一P型有源區(qū)和第一P型阱區(qū)中的且電連接到鉗位器件的第一端子的第一 η型有源區(qū)。另外，鉗位器件包括第二 P型有源區(qū)和第二 P型阱區(qū)中且電連接到鉗位器件的第二端子的第二η型有源區(qū)。η型隔離結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體基底的P型區(qū)，并且使第一和第二P型阱區(qū)與P型基底區(qū)電隔離。半導(dǎo)體基底可以以各種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括但不限于，摻雜的半導(dǎo)體基底或包括硅一絕緣體一硅結(jié)構(gòu)使得P型阱區(qū)與支撐基底使用絕緣層隔離的絕緣體上的硅(SOI)基底。
[0032]鉗位器件還包括位于第一和第二 η型有源區(qū)之間的阻塞電壓微調(diào)結(jié)構(gòu)。阻塞電壓微調(diào)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)以在雙極性過(guò)壓鉗位器件的端子之間提供所期望的保護(hù)響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)其中雙極性過(guò)壓鉗位器件對(duì)阻塞電流傳導(dǎo)采用高阻抗操作的所期望的電壓范圍或信號(hào)擺幅。特別是，阻塞電壓微調(diào)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)在第一和第二端子之間達(dá)到與其中過(guò)壓鉗位器件提供高阻抗的、第一和第二端子之間最大反向電壓一樣的所期望的最大正向電壓，其中過(guò)壓鉗位器件過(guò)壓鉗位器件提供高阻抗。當(dāng)?shù)谝缓偷诙俗又g的電壓差大于正向阻塞電壓或小于反向阻塞電壓時(shí)，雙極性過(guò)壓鉗位器件可以在低阻抗/高電流導(dǎo)通狀態(tài)下操作。因此，阻塞電壓微調(diào)結(jié)構(gòu)可以用于控制過(guò)壓鉗位器件的所期望的正向觸發(fā)電壓、正向保持電壓、反向觸發(fā)電壓和/或反向保持電壓。
[0033]如將在本文中進(jìn)行詳細(xì)描述，阻塞電壓微調(diào)結(jié)構(gòu)可以在第一和第二端子之間達(dá)到所期望的最大正向和反向電壓，通過(guò)，例如有源區(qū)以及與阻塞電壓微調(diào)結(jié)構(gòu)中阻塞結(jié)相關(guān)的阱的大小、間距和/或摻雜濃度的選擇。因此，特定應(yīng)用所期望的正向和反向雙極性過(guò)壓鉗位特性可以實(shí)現(xiàn)。
[0034]通過(guò)設(shè)計(jì)本文的鉗位器件可以表現(xiàn)出高基底隔離。例如，鉗位器件可以在基底以及鉗位器件的第一和第二端子之間具有高的擊穿電壓。因此，鉗位器件可以表現(xiàn)出更寬的隔離裕度和/或針對(duì)閂鎖增加的魯棒性。
[0035]在ESD和/或電磁干擾情況期間，本文中的鉗位器件可以用于保護(hù)寄生基底器件免受損壞。鉗位器件可以用于多種應(yīng)用中，包括局域互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)接口、控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)接口、FlexRay接口、RS-232接口、RS-485接口、單獨(dú)的邊緣半字節(jié)傳輸(SENT)接口和/或汽車音頻總線(ATB)接口。
[0036]圖1示出了收發(fā)器接口 20的一個(gè)示例的電路圖，它可以包括本文所描述的一個(gè)或多個(gè)的雙極性過(guò)壓鉗位器件。收發(fā)器接口 20包括第一引腳1、第二引腳2、發(fā)送器電路3、第一鉗位器件7a、第二鉗位器件7b、第一 η型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)晶體管8a、第二 NMOS晶體管8b、p型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)晶體管9a、第二 PMOS晶體管％、第一電阻10a、第二電阻10b、第三電阻10c、第四電阻10d、第一二極管結(jié)構(gòu)體Ila以及第二二極管結(jié)構(gòu)lib。
[0037]如本文所用以及如本領(lǐng)域內(nèi)具有普通技術(shù)的人員將理解，MOS晶體管可以具有由非金屬，例如聚硅的材料制造的柵極，并且可以具有不只是用氧化硅，而用其他電介質(zhì)，例如高k電介質(zhì)實(shí)現(xiàn)的電介質(zhì)區(qū)。
[0038]收發(fā)器接口 20可以是，例如，接口集成電路，例如半雙工或全雙工通信收發(fā)器集成電路，其中第一和第二引腳1、2直接暴露于用戶，例如，連接到汽車電纜或工業(yè)機(jī)械硬度，在正常的操作環(huán)境。收發(fā)器接口 20可以用于通過(guò)接口，例如通過(guò)使用低壓差分信號(hào)傳達(dá)數(shù)據(jù)。為圖的清楚起見(jiàn)，與通過(guò)第一和第二引腳1、2接收信號(hào)相關(guān)的細(xì)節(jié)已從圖1中省略。
[0039]NMOS晶體管8a、8b和PMOS晶體管9a、9b可以用于通過(guò)第一和第二引腳1、2電發(fā)射信號(hào)。例如，發(fā)射器電路3可以用于控制NMOS晶體管8a、8b和PMOS晶體管9a、9b的柵極電壓來(lái)控制第一和第二引腳1、2之間的差分電壓。電壓可以具有正或負(fù)的極性。
[0040]如圖1所示，收發(fā)器接口 20可以從電源供給高電壓V2和電源低電源電壓V i得到動(dòng)力。收發(fā)器接口 20的某些部件，例如NMOS晶體管8a、8b，PMOS晶體管9a、9b，二極管結(jié)構(gòu)體11a，Ilb和鉗位器件7a、7b可以在由基底電壓Vsub偏置的基底中制造。
[0041]各種寄生基底器件可以存在于收發(fā)器接口 20中。寄生基底器件可以包括電連接到基底電壓Vsub的端子。在保護(hù)缺失的情況下，寄生基底器件可能在ESD和/或電磁干擾情況期間受損。
[0042]在所示的結(jié)構(gòu)中，NMOS晶體管8a、8b分別包括寄生基底雙極型晶體管17a、17b。另外，PMOS晶體管9a、9b包括寄生基底二極管18a_18d。另外，二極管結(jié)構(gòu)體IlaUlb分別包括寄生基底二極管18e、18f。雖然某些寄生基底器件在圖1中示出，寄生基底器件的其它配置是可能的。
[0043]第一鉗位器件7a包括電連接到第一引腳I的第一端VH、電連接到電源低電壓V1的第二端子VL和電連接到基底電壓Vsub的基底端子。另外，第二鉗位器件7b包括電連接到第二引腳2的第一端VH、電連接到電源低電壓V1的第二端子VL和電連接到基底電壓V SUB的基底端子。第一和第二鉗位器件7a、7b可以用于保護(hù)收發(fā)機(jī)接口 20使不受ESD和/或電磁干擾事件。鉗位器件7a、7b可以保護(hù)收發(fā)器接口 20的組件包括，例如，與組件相關(guān)的寄生基底器件。
[0044]圖1的收發(fā)器接口 20示出了可以使用本文的雙極性過(guò)壓鉗位器件來(lái)實(shí)現(xiàn)的收發(fā)器接口的一個(gè)例子。然而，收發(fā)信機(jī)接口可以以其他方式來(lái)實(shí)現(xiàn)以滿足通信協(xié)議的約束。
[0045]另外，盡管鉗位器件已經(jīng)在收發(fā)器接口的上下文中示出，本文所描述的鉗位器件可以在寬范圍的集成電路和其它電子產(chǎn)品使用，包括例如，工業(yè)控制系統(tǒng)、接口系統(tǒng)、電源管理系統(tǒng)、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器系統(tǒng)、汽車系統(tǒng)、無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)和/或數(shù)字信號(hào)處理(DSP)系統(tǒng)。另外，雖然收發(fā)器接口 20已示出為包括兩個(gè)信號(hào)引腳和兩個(gè)鉗位器件，可以包括更多或更少的鉗位器件和引腳以滿足系統(tǒng)規(guī)格。另外，鉗位器件可以以其他方式連接。例如，鉗位器件的端子可以以其他方式連接，例如連接到其它節(jié)點(diǎn)和/或電壓。
[0046]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，示出鉗位器件的電流和電壓之間關(guān)系的曲線圖30。如上所述，鉗位器件可以包括第一端子VH、第二端子VL和基底端子。
[0047]曲線圖30包括對(duì)應(yīng)于鉗位器件電流與電壓(1-V)關(guān)系的一個(gè)示例的第一繪圖21，當(dāng)?shù)谝欢俗覸H的電壓改變而第二端子VL和基底端子獨(dú)立且保持恒定。另外，曲線圖30包括對(duì)