在低電壓cmos工藝中具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了在低電壓CMOS工藝中具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)。所公開的技術(shù)涉及用于保護以防止瞬態(tài)電事件的設(shè)備。在一個方面中，設(shè)備包括具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)，其包括第一p型阱區(qū)域，第二p型阱區(qū)域，布置在第一和第二p型阱區(qū)域之間的第一n型阱區(qū)域，以及圍繞第一p型阱區(qū)域、第二p型阱區(qū)域和第一n型阱區(qū)域的深n型阱區(qū)域。設(shè)備還包括布置在第一p型阱區(qū)域和n型阱區(qū)域之間的第一本征n型區(qū)域以及布置在第二p型阱區(qū)域和n型阱區(qū)域之間的第二本征n型區(qū)域。設(shè)備被配置成使得第一p型阱區(qū)域作為雙向PNP雙極晶體管的發(fā)射極/集電極。
【專利說明】在低電壓CMOS工藝中具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]所公開的技術(shù)涉及電子設(shè)備，更具體地涉及一種保護電路以防止諸如電過應(yīng)力/靜電釋放之類的瞬態(tài)電事件的雙極阻擋電壓開關(guān)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]某些電子系統(tǒng)可能暴露至具有相對短持續(xù)時間并具有快速改變的電壓和/或電流的瞬態(tài)電事件。例如，瞬態(tài)電事件可包括由于電荷突然從物體或人向電子系統(tǒng)釋放而產(chǎn)生的靜電釋放(ESD)或電磁接口事件。
[0003]瞬態(tài)電事件可能由于相對于較小面積的IC的過壓情況和/或高程度的功耗而損壞電子系統(tǒng)內(nèi)的集成電路(1C)。這種高速的高功率耗散可潛在地導(dǎo)致核心電路的損壞，導(dǎo)致柵氧擊穿、結(jié)損壞、金屬損壞和表面電荷累計，以及其它損壞現(xiàn)象。而且，瞬態(tài)電事件可包括閂鎖效應(yīng)(換言之，不經(jīng)意地產(chǎn)生了低阻抗路徑)，從而擾亂IC的功能并潛在地對IC造成永久性損傷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]所公開的技術(shù)涉及用于保護以防止瞬態(tài)電事件的設(shè)備。在一個方面中，布置在P型襯底上的設(shè)備包括具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)，其包括第一 P型阱區(qū)域，第二 P型阱區(qū)域，布置在第一和第二 P型阱區(qū)域之間的第一 η型阱區(qū)域，以及處于第一 P型阱區(qū)域、第二 P型阱區(qū)域和第一 η型阱區(qū)域下方的深η型阱區(qū)域。設(shè)備還包括布置在第一 P型阱區(qū)域和η型阱區(qū)域之間的第一本征η型區(qū)域以及布置在第二 P型阱區(qū)域和η型阱區(qū)域之間的第二本征η型區(qū)域。設(shè)備被配置成使得第一 P型阱區(qū)域作為雙向PNP雙極晶體管的發(fā)射極/集電極。此外，第一本征η型區(qū)域、第一 η型阱區(qū)域和第二本征η型區(qū)域被配置成作為雙向PNP雙極晶體管的的基極。而且，第二 P型阱區(qū)域被配置成作為雙向PNP雙極晶體管的集電極/發(fā)射極。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1是根據(jù)一個實施例的包括主保護裝置和次保護裝置的輸入接口的示意圖。
[0006]圖2是根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)的示意電路圖。
[0007]圖3是示出了根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)的電流電壓關(guān)系的不圖。
[0008]圖4Α是根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)的截面圖。
[0009]圖4Β是注釋有電路元件的根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)的截面圖。
[0010]圖5Α是根據(jù)另一實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)的截面圖。
[0011]圖5Β是注釋有電路元件的根據(jù)另一實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)的截面圖。
[0012]圖5C是根據(jù)另一實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)的平面圖。
[0013]圖6A是從根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)測得的脈沖電流電壓關(guān)系和相應(yīng)泄漏電流的示圖。
[0014]圖6B是從根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)測得的DC掃描電流電壓關(guān)系的示圖。
[0015]圖6C是從根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)測得的脈沖電流電壓關(guān)系的示圖。
[0016]圖7A是根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)的截面圖。
[0017]圖7B是根據(jù)另一實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)的截面圖。
[0018]圖7C是根據(jù)另一實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)的截面圖。

【具體實施方式】
[0019]利用低電壓CMOS工藝制造的新興的用于汽車和消費電子IC應(yīng)用的集成電路(IC)越來越多地使用在相對高的雙向電壓下工作的輸入/輸出接口引腳。這種IC的應(yīng)用包括例如，用于汽車信息娛樂的數(shù)字音頻編譯碼器平臺和同步采樣模數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這些IC通常在相對苛刻的環(huán)境下工作并且必須符合可應(yīng)用的靜電釋放(ESD)和抗電磁干擾(EMI)規(guī)范。相對高的ESD和EMI免疫力是期望的，因為IC可能經(jīng)歷超過正常操作條件的寬范圍高電壓瞬態(tài)電事件。例如，一些數(shù)字音頻編譯碼器平臺在超過依照IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)ESD規(guī)范的8000V以及+/-12V操作電壓下要求ESD穩(wěn)定性。并且，利用例如180nm以下5V混合信號CMOS工藝制造的一些模數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可能具有在超過+/-16.5V的雙向電壓范圍內(nèi)工作的模擬輸入。
[0020]各種技術(shù)可被用來保護IC的主電路以防止諸如ESD之類的破壞性瞬態(tài)電事件。一些系統(tǒng)采用外部片外保護裝置以確保核心電子系統(tǒng)由于瞬態(tài)靜電和電磁事件而遭到損壞。然而，由于性能、成本和空間考慮，越來越需要保護裝置與主電路(即，將被保護的電路)單片地集成。
[0021]圖1圖示出耦接至主電路的示例輸入接口 10的示意圖。輸入接口 10包括主保護裝置14和次保護裝置12。輸入接口 10包括輸入24，其可接收到來的瞬態(tài)ESD/EMI應(yīng)力。主保護裝置14可被配置成釋放瞬態(tài)ESD/EMI應(yīng)力的大部分，次保護裝置12可被配置成瞬態(tài)瞬態(tài)ESD/EMI的較小部分。例如，主保護裝置14可以是雙向保護裝置，例如NPNPN或PNPNP雙向硅控整流器(SCR)裝置。這種雙向保護裝置可通過響應(yīng)于瞬態(tài)電事件而從高阻抗?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換至低阻抗?fàn)顟B(tài)，從而保持輸出電壓電平處于安全范圍內(nèi)。并且，雙向保護裝置可分流瞬態(tài)電事件產(chǎn)生的電流的大部分，從而使得主電路免遭這種事件。次保護裝置12可提供保護以避免殘留應(yīng)力而且可包括包括傳統(tǒng)具有接地和電源基準(zhǔn)的二極管上拉/下拉保護電路。
[0022]在一個方面中，此處公開的模擬開關(guān)實施例涉及保護裝置以保護主電路以免遭諸如ESD/EMI應(yīng)力事件之類的瞬態(tài)電事件，類似于圖1所示的主保護裝置。由于不同應(yīng)用可使用不同程度的保護，保護的各種裝置參數(shù)的可定制性是期望的，例如保護裝置的觸發(fā)電壓、后觸發(fā)保持電壓、以及最大分流電流等的可定制性。并且，由于暴露至相對高的電壓，各種裝置參數(shù)的可定制性不會導(dǎo)致保護裝置或核心裝置的其它部分(例如通過公共襯底形成的寄生器件)的不期望的擊穿。
[0023]圖2圖示出根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的示意模擬開關(guān)電路30。高電流分流路徑由配置成硅控整流器(SCR)結(jié)構(gòu)的第一 NPN雙極晶體管40、PNP雙向雙極晶體管42和第二 NPN雙極晶體管44實現(xiàn)。即，第一 NPN雙極晶體管40、PNP雙向雙極晶體管42和第二 NPN雙極晶體管44被布置成形成雙極NPNPN SCR裝置32。具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路30可被配置成響應(yīng)于會在第一和第二焊盤74和76之間引起超過具體值的電壓差的外部瞬態(tài)電事件而提供通過雙極NPNPN裝置32的電流分流路徑。例如，第二焊盤76可以是IC的信號引腳或焊盤，而且第一焊盤74可以是低電源引腳或焊盤，例如與低電源電壓(Vss或接地)相關(guān)的焊盤。
[0024]在一個實施例中，第二焊盤76可被配置成收發(fā)器I/O焊盤。第一焊盤74可被配置成連接至收發(fā)器電路的襯底?？赏ㄟ^高電流電源軌線實現(xiàn)第一焊盤74和收發(fā)器電路襯底之間的連接。高電流電源軌線通常具有相對低的電阻并且被設(shè)計成處理響應(yīng)于瞬態(tài)電事件的相對大量的電流。具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路30可進(jìn)一步通過第一和第二Kelvin連接70和72連接至收發(fā)器電路的襯底(處于Vss或接地)。相對于連接第一焊盤74和收發(fā)器電路襯底的相對高的電流電源軌線連接，第一和第二 Kelvin連接70和72可以是相對高電阻的路徑，其中響應(yīng)于可被用來觸發(fā)相對大量電流以通過高電流電源軌線的相同瞬態(tài)電事件而通過相對少量的電流。由于第一焊盤74和第一和第二 Kelvin連接70和72都連接至收發(fā)器電路的襯底(可處于Vss或接地)，并且在均衡條件下在具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路30和收發(fā)器電路的襯底之間不存在可預(yù)見的電流，第一焊盤74和第一和第二 Kelvin連接70和72處的電壓電勢大致相同。然而，在瞬態(tài)電事件期間，由于相對大量的電流經(jīng)由與第一焊盤74連接的高電流電源軌線在具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路30和收發(fā)器電路的襯底之間流動，沿高電流電源軌線可能存在相對大的電壓降，這繼而可導(dǎo)致第一焊盤74和第一和第二 Kelvin連接70和72之間的電勢差。
[0025]再次參考圖2，根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路30包括雙極NPNPN SCR裝置32。雙極NPNPN SCR裝置32包括連接在第一 NPN雙極晶體管40和第二NPN雙極晶體管44之間的PNP雙向雙極晶體管42。第一焊盤74通過第一電阻器50和第一 NPN雙極晶體管40的發(fā)射極電連接至NPNPN SCR裝置32。第一 NPN雙極晶體管40包括電連接至第一焊盤74的發(fā)射極以及電連接至PNP雙向雙極晶體管42的基極的集電極。第一NPN雙極晶體管40進(jìn)一步包括基極，其電連接至PNP雙向雙極晶體管42的集電極/發(fā)射極(C/E)并電連接至第一電阻器50。并且，第二焊盤76通過第二電阻器52和第二 NPN雙極晶體管44的發(fā)射極電連接至NPNPN裝置32。第二 NPN雙極晶體管44包括電連接至第二焊盤76的發(fā)射極以及電連接至PNP雙向雙極晶體管42的基極的集電極。第二 NPN雙極晶體管44進(jìn)一步包括基極，其電連接至PNP雙向雙極晶體管42的發(fā)射極/集電極(E/C)并且電連接至第二電阻器52。
[0026]PNP雙向雙極晶體管42的集電極/發(fā)射極(C/E)被電連接至第一 NPN雙極晶體管40的基極，而且PNP雙向雙極晶體管42的發(fā)射極/集電極(E/C)被電連接至第二 NPN雙極晶體管44的基極。PNP雙向雙極晶體管42的基極被連接至第一 PNP雙極晶體管40的集電極并且進(jìn)一步連接至第二 NPN雙極晶體管44的集電極。
[0027]具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路30還包括第一PNP雙極晶體管46，它可以是寄生PNP雙極裝置。第一 PNP雙極晶體管46包括通過第五電阻器58連接至第一 Kelvin連接70的集電極，而且包括通過第三電阻器54和第一電阻器50連接至第一 NPN雙極晶體管40的基極的發(fā)射極。第一 PNP雙極晶體管46還包括與第一 NPN雙極晶體管40的集電極連接的基極。
[0028]具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路30還包括第二 PNP雙極晶體管48，其可以是寄生PNP雙極裝置。第二 PNP雙極晶體管48包括通過第六電阻器60連接至第二 Kelvin連接72的集電極，而且包括通過第四電阻器56和第二電阻器52連接至第二 NPN雙極晶體管44的基極的發(fā)射極。第二 PNP雙極晶體管48還包括基極，其連接至第二 NPN雙極晶體管44的集電極。具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路30還包括第二 PNP雙極晶體管48，其可以是寄生PNP雙極裝置。
[0029]在此參考一個實施例來描述具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路30的基本操作。首先討論響應(yīng)于第一和第二焊盤74和76之間的觸發(fā)電壓而觸發(fā)雙極NPNPN SCR裝置32以引起高電流路徑，隨后討論正反饋回路的產(chǎn)生，正反饋回路可保持高電流路徑，即使第一和第二焊盤74和76之間的電壓落到觸發(fā)值以下。
[0030]當(dāng)瞬態(tài)電事件引起大于特定閾值電壓的第一和第二焊盤74和76之間的電壓差，雙極NPNPN SCR裝置32可被觸發(fā)。NPNPN裝置32可在兩種電壓極性中任一極性下被觸發(fā)，這是因為PNP雙向雙極晶體管42和第一 NPN雙極晶體管40的組合可操作作為由第一電壓極性觸發(fā)的第一交叉耦接PNPN SCR,而且PNP雙向雙極晶體管42和第二 NPN雙極晶體管44可的組合可操作作為由第二電壓極性觸發(fā)的第二交叉耦接PNPN SCR0
[0031]在本實施例中，第一交叉耦接PNPN SCR包括包含PNP雙向雙極晶體管42的集電極/發(fā)射極(C/E)的第一 P-區(qū)域、以及包含與第一 NPN雙極晶體管40的集電極連接的PNP雙向雙極晶體管42的基極的第一 N-區(qū)域。第一交叉耦接PNPN SCR還包括第二 P-區(qū)域(其包括與第一 NPN雙極晶體管40的基極連接的PNP雙向雙極晶體管42的發(fā)射極/集電極(E/C))以及第二 N-區(qū)域(其包括第一 NPN雙極晶體管40的發(fā)射極)。在一個方面中，第二 P-區(qū)域、第一 P-區(qū)域和第二 N-區(qū)域分別對應(yīng)于第一 PNPN SCR的“柵極”、“陽極”和“陰極”。當(dāng)相對于第一 PNPN SCR的陰極的正電壓信號被施加至柵極時，第一 PNPN SCR被打開或被“觸發(fā)”。例如，這種情況可能在瞬態(tài)電事件引起第一焊盤74上的相對于第二焊盤76的絕對值超過負(fù)觸發(fā)電壓-Vtk的負(fù)電壓(或者，第二焊盤76上的相對于第一焊盤74的正電壓)時發(fā)生。當(dāng)這種情況發(fā)生時，第一 NPN雙極晶體管40開始導(dǎo)通。當(dāng)?shù)谝?NPN雙極晶體管40開始導(dǎo)通時，其集電極電勢被下拉，這繼而下拉PNP雙向雙極晶體管42的基極電勢。這繼而導(dǎo)致PNP雙向雙極晶體管42導(dǎo)通。當(dāng)PNP雙向雙極晶體管42開始導(dǎo)通時，其集電極電勢被上拉，這繼而上拉第二 NPN雙極晶體管44的基極電勢。按照這樣的方式，可能存在增強了第二 NPN雙極晶體管44和PNP雙向雙極晶體管42的導(dǎo)通狀態(tài)的正反饋。
[0032]類似地，第二交叉耦接PNPN SCR包括第一 P-區(qū)域(其包括PNP雙向雙極晶體管42的發(fā)射極/集電極(E/C))以及第一 N-區(qū)域(其包括與第二 NPN雙極晶體管44的集電極連接的PNP雙向雙極晶體管42的基極)。第二交叉耦接PNPN SCR還包括第二 P-區(qū)域(其包括與第二 NPN雙極晶體管44的基極連接的PNP雙向雙極晶體管42的集電極/發(fā)射極(C/E))以及第二 N-區(qū)域(其包括第二 NPN雙極晶體管44的發(fā)射極)。當(dāng)按照與上述第一 PNPN SCR的連接大致類似的方式將相對于第二 PNPNSCR的陰極的正電壓信號施加至柵極時，第二 PNPN SCR可被打開或被“觸發(fā)”。這種情況可能例如當(dāng)瞬態(tài)電事件在第一焊盤74上感應(yīng)出相對于第二焊盤76的絕對值超過正觸發(fā)電壓+Vtk的正電壓(或者，第二焊盤76上的相對于第一焊盤74的負(fù)電壓)時發(fā)生。
[0033]如上所述，一旦第一和第二焊盤74和76之間的電壓差的絕對值超過正或負(fù)觸發(fā)電壓+/-VTK，NPNPN裝置32進(jìn)入低阻抗模式。一旦低阻抗模式被觸發(fā)，其可被第一和第二NPN雙極晶體管40和44之一與PNP雙向雙極晶體管42之間形成的反饋回路保持，即使第一和第二焊盤74和76之間的絕對電壓隨后落到正或負(fù)觸發(fā)電壓+/-Vtk以下。
[0034]根據(jù)一個實施例，第一或第二 PNPN SCR內(nèi)的反饋回路可如下操作。第一或第二NPN雙極晶體管40或44的集電極電流的增大會增大PNP雙向雙極晶體管42的基極電流，并且PNP雙向雙極晶體管42的集電極電流的增大會增大第一或第二 NPN雙極晶體管40或44的基極電流。由于PNP雙向雙極晶體管42以及第一或第二 NPN雙極晶體管40和44之一的的集電極電流饋入了 PNP雙向雙極晶體管42的基極電流(反之亦然)，所以產(chǎn)生了反饋回路。反饋回路可由于各個雙極晶體管的增益而能夠再生并且可導(dǎo)致NPNPN裝置32進(jìn)入低阻抗?fàn)顟B(tài)。一旦處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，NPNPN裝置32可保持低阻抗?fàn)顟B(tài)，直到響應(yīng)于正負(fù)觸發(fā)電壓+/-Vtk的正負(fù)觸發(fā)事件而使得第一和第二焊盤74和76上的電壓的絕對值落到保持電壓+/-Vh以下，或者電流落到+/-1h以下，或者兩者。
[0035]圖3是示意1-V曲線80，示出了根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路的電流和電壓之間的關(guān)系。在圖3，沿橫軸表示電壓，沿縱軸表示電流。在所示實施例中，保護裝置具有ι-v特征。在其它實施方式中，此處描述的保護裝置可具有不對稱的ι-ν。例如，保護裝置可具有不同觸發(fā)電壓、保持電壓和/或失效電壓，其中示意1-V曲線80的正負(fù)區(qū)域有不同I;曲線。如示意1-V曲線80所示，在瞬態(tài)信號的電壓\^#達(dá)到正觸發(fā)電壓+Vtk時，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路可從高阻抗?fàn)顟B(tài)+Zh轉(zhuǎn)換至低阻抗?fàn)顟B(tài)+?。此后，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路可分流大量電流并保持處于低阻抗?fàn)顟B(tài)+?，只要瞬態(tài)信號電壓電平保持處于正保持電壓+Vh以上。通過配置保護裝置成具有觸發(fā)電壓+Vtk和保持電壓+Vh，保護裝置可具有改進(jìn)性能同時具有針對不期望激活的提高的穩(wěn)定性。
[0036]在瞬態(tài)信號的電壓V■達(dá)到負(fù)觸發(fā)電壓-Vtk時，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路還可從高阻抗?fàn)顟B(tài)-Zh轉(zhuǎn)換至低阻抗?fàn)顟B(tài)-?。具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路可保持處于低阻抗?fàn)顟B(tài)-?，只要負(fù)瞬態(tài)信號的電壓幅值大于負(fù)保持電壓-Vh的電壓幅值。保護裝置的雙向操作可相對于針對正負(fù)瞬態(tài)電事件使用分開結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護的設(shè)計實現(xiàn)布局面積的減小，從而為低電壓操作實現(xiàn)更加規(guī)?？勺兊脑O(shè)計方案。
[0037]如圖3所示，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路可被配置成在瞬態(tài)信號的電壓Vlfts達(dá)到會對IC造成損傷的正失效電壓+Vf或負(fù)失效電壓_VF2—之前轉(zhuǎn)換至低阻抗?fàn)顟B(tài)。當(dāng)正常工作電壓+Vw出現(xiàn)在具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路上時，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路將傳導(dǎo)相對小的泄漏電流Iuakme，從而使得靜態(tài)功耗減低或最小化并且提聞IC的能效。
[0038]在此處描述的【具體實施方式】中，保護裝置被配置成提供介于大約1V至大約25V的范圍內(nèi)的正向和反向觸發(fā)電壓以及介于大約5V至大約1V的范圍內(nèi)的正向和反向保持電壓，以將核心裝置上的電壓幅值限制成小于大約20V。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地確定其它可用觸發(fā)和保持電壓。
[0039]圖3所示的各種參數(shù)可被調(diào)整成具有適合于具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路的具體應(yīng)用的值?？杀徽{(diào)整的一個參數(shù)是NPNPN SCR裝置的觸發(fā)電壓VTK。另一方面，設(shè)計具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路時的另一考慮是確保寄生器件不具有低于觸發(fā)電壓V?的導(dǎo)通電壓。例如，再次參考圖2，第一和第二 PNP雙極晶體管46和48與第一和第二NPN雙極晶體管40和44結(jié)合可形成第一和第二寄生PNPN SCR,如下所述。
[0040]圖2的根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路30可包括第一寄生PNPN SCR，其響應(yīng)于瞬態(tài)電事件提供交替電流路徑。在圖2所示的實施例中，類似于如上所述的第一和第二 PNPN SCR，第一寄生PNPN SCR包括布置成硅控整流器(SCR)結(jié)構(gòu)的第一 PNP雙極晶體管46和第一 NPN雙極晶體管40。具體地，第一 PNP雙極晶體管46的發(fā)射極被連接至第一 NPN雙極晶體管40的基極(經(jīng)由第三電阻器43和第一電阻器50)，而且第一 NPN雙極晶體管40的集電極被連接至第一 PNP雙極晶體管46的基極。類似于上述第一和第二 PNPN SCR,當(dāng)?shù)谝缓副P74和第一 Kelvin連接70之間的電壓差超過具體值時，第一寄生PNPN SCR可被觸發(fā)以進(jìn)入再生反饋回路。例如，當(dāng)?shù)谝?Kelvin連接70和第一焊盤74之間的正電壓差超過第一寄生PNPN SCR的觸發(fā)電壓+Vtk paka，第一寄生PNPN SCR可進(jìn)入低阻抗模式，這類似于由于反饋回路而出現(xiàn)在雙極NPNPN裝置32中的情況。一旦處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，第一寄生PNPN SCR可保持處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，直到第一 Kelvin連接70和第一焊盤74之間的正電壓差落到+Vh以下，或者電流落到+Ih以下，或者兩者情況都出現(xiàn)。
[0041]根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路30可進(jìn)一步包括第二寄生PNPN SCR，其響應(yīng)于瞬態(tài)電事件而提供另一交替電流路徑。在圖2所示的實施例中，第二寄生PNPN SCR包括配置成硅控整流器(SCR)結(jié)構(gòu)的第二PNP雙極晶體管44和第二NPN雙極晶體管44，類似于上述第一寄生PNPN SCR0具體地，第二 PNP雙極晶體管48的發(fā)射極被連接至第二 NPN雙極晶體管44的基極(經(jīng)由第四電阻器56和第二電阻器52)，而且第二 NPN雙極晶體管44的集電極被連接至第二 PNP雙極晶體管56的基極。按照大致類似參考第一寄生PNPN SCR描述的方法，響應(yīng)于超過特定值的第二 Kelvin連接72和第二焊盤76之間的正電壓差，第二寄生PNPN SCR可被觸發(fā)并可保持處于低阻抗?fàn)顟B(tài)。例如，當(dāng)?shù)诙?Kelvin連接72和第二焊盤76之間的正電壓差超過第二寄生PNPN SCR的觸發(fā)電壓+Vtk PAKA，第二寄生PNPN SCR可進(jìn)入低阻抗模式，類似于由于反饋回路而出現(xiàn)在雙極NPNPN裝置32中的情況那樣。此外，如在第一寄生PNPN SCR中那樣，一旦處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，第二寄生PNPN SCR可保持處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，直到第二 Kelvin連接72和第二焊盤76之間的正電壓差落到+VhPAEA之下，或者電流落到+Ih PAKA之下，或者兩者情況都出現(xiàn)。
[0042]如上所述，由于寄生PNPN SCR可如核心雙極NPNPN SCR裝置那樣被觸發(fā)，其可有利于配置具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路以使得核心NPNPN SCR裝置具有比寄生PNPNSCR的觸發(fā)電壓值低的觸發(fā)電壓?？傮w上，存在多種因素可控制PNPN SCR的觸發(fā)電壓(其繼而又控制PNPN SCR裝置的觸發(fā)電壓)?？傮w上，載流子壽命比、摻雜比、以及發(fā)射極和基極之間的擴散長度比確定了雙極晶體管的增益。PNPN SCR內(nèi)的各個雙極晶體管更高的增益繼而又導(dǎo)致了更低的觸發(fā)電壓。例如，基極中的更高的少數(shù)載流子壽命、基極中的更低的摻雜濃度、以及更小的物理基極寬度可導(dǎo)致諸如圖2中的PNP雙向雙極晶體管42之類的PNP雙極晶體管的更高的增益。PNP雙向雙極晶體管42的更高的增益繼而又可導(dǎo)致了雙極NPNPN裝置32的第一和第二 PNPN SCR的更低的觸發(fā)電壓。類似地，第一和第二 NPN雙極晶體管40和44的更高的增益可繼而又分別導(dǎo)致雙極NPNPN裝置32裝置的第一和第二 PNPNSCR的更低的觸發(fā)電壓。
[0043]舉例來說，用于混合信號工藝(例如用于0.181!11節(jié)點的3.3￥和5￥混合信號工藝)具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路的Vtk可受限于典型結(jié)(例如N+有源區(qū)域至P-阱(PD的結(jié)、P+有源區(qū)域至N-阱(NW)的結(jié)、NW至PW的結(jié)、以及NW至襯底)的擊穿導(dǎo)致的寄生擊穿。這些結(jié)實際上將Vtk限制至大約8.5V至14.5V。然而，如上所述，許多新興應(yīng)用要求更高的VTK。在下文中，公開的實施例旨在調(diào)整具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路的包括Vtk的各種參數(shù)。具體地，實施例涉及具有高雙極阻擋電壓的核心模擬開關(guān)電路，其觸發(fā)電壓Vtk值超過典型的擊穿電壓，同時具有足夠的觸發(fā)電壓Vtk paea以使得寄生器件不會被觸發(fā)。
[0044]圖4A和4B圖示出根據(jù)根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100的截面圖。圖4A圖示出具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100的各種阱區(qū)域，同時圖4B圖示出各種阱的電路表示。具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100的一個實施例是以具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100為中心(在圖4A和4B的右邊)鏡像對稱的由y方向和z方向形成的大約平面的對稱結(jié)構(gòu)202。因此，由于所示實施例的對稱性，以下參考裝置的一半(如圖所示)描述的特征也適用于裝置的另一半(未示出)。
[0045]圖4A和4B的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100包括第一和第二終端106和108之間的保護放電路徑。第一終端106可以是ESD VSS連接，第二終端可以是I/O焊盤連接。例如，第一終端106可通過高電流電源軌線連接至Vss下的收發(fā)器電路襯底。高電流電源軌線通常具有相對低的電阻并且被設(shè)計成響應(yīng)于瞬態(tài)電事件處理相對大量的電流。具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100可進(jìn)一步連接至Vss下的收發(fā)器電路襯底或通過第一 Kelvin連接104接地，第一 Kelvin連接104可以是相對高電阻的路徑，從而響應(yīng)于可觸發(fā)相對大量的電流流經(jīng)高電流電源軌線的相同瞬態(tài)電事件而傳遞相對少量的電流。第二終端108也可通過高電流電源軌線連接至I/O焊盤。
[0046]參見圖4A，所示的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100包括P型襯底(P-SUB) 88和在P-SUB88中形成的深η-阱區(qū)域(DNW)90。具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100包括第一P型阱區(qū)域(PW) 94a、第二 P型阱區(qū)域(PW) 94b和布置在第一和第二 P型阱區(qū)域中的第一η型阱區(qū)域(NW) 92a。第一 p型阱區(qū)域(PW) 94a、第二 p型阱區(qū)域PW94b和第一 η型阱區(qū)域(NW) 92a被形成在DNW90中。第一 NW92a被布置在第一和第二 PWs94a和94b之間。被隔離物99隔離的第三和第四η型有源(Ν+)區(qū)域97c和97d被布置在第一 NW92a中。用于防止第三和第四N+區(qū)域97c和97d的硅化的抗蝕保護氧化物(RPO)層102被布置在第三和第四N+區(qū)域97c和97d上方。
[0047]具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100還包括布置在第一 PW94a和第一 NW92a之間的第一本征η型區(qū)域(nt_n) 96b、布置在第二 PW94b和第一 NW92a之間的第二本征η型區(qū)域(nt_n) 96a。在執(zhí)行離子注入以形成NW和PW區(qū)域時通過硬掩模形成第一和第二 nt_n區(qū)域96b和96a，以使得nt_n區(qū)域不接受阱注入。按照這樣的方式，第一和第二 nt_n區(qū)域具有“本征摻雜”水平,類似于在第一和第二 PW94a和94b以及第一 NW92a形成之前就存在的t_η區(qū)域的摻雜水平。在所示的實施例中，“本征摻雜”水平可對應(yīng)于DNW90形成之后nt_n區(qū)域的摻雜水平。通過形成額外的隔離的本征區(qū)域，其能夠限定低摻雜濃度緩沖區(qū)域，而無需CMOS技術(shù)工藝中的額外制造處理步驟。
[0048]參見圖4A和4B，第一 NW92a、第一 nt_n96b和第二 nt_n96a被配置成形成具有N-/N/N結(jié)構(gòu)的雙向PNP雙極晶體管142的基極。并且，第二 PW被配置成形成雙向PNP雙極晶體管的集電極/發(fā)射極。此外，第一 PW94a被配置成形成雙向PNP雙極晶體管142的發(fā)射極/集電極(E/C)，而且第二 PW94b被配置成形成雙向PNP雙極晶體管142的集電極/發(fā)射極(C/E)。DNW90圍繞雙向PNP雙極晶體管142。
[0049]參見圖4A，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100還包括布置在第一 PW94a中的第一η型有源(Ν+)區(qū)域97a以及布置在第二 PW94b中的第二 η型有源(Ν+)區(qū)域97b。第一和第二 N+區(qū)域97a和97c被隔尚物99隔尚，第二和第四N+區(qū)域97b和97d被隔尚物99隔離。參見圖4A和4B，第一 N+區(qū)域97a、第一 PW94a和DNW90被配置成形成第一 NPN雙極晶體管146的發(fā)射極，基極和集電極。第一終端106通過第一 P+區(qū)域98a和第一電阻器150連接至第一 NPN雙極晶體管146的基極，并通過第一 N+區(qū)域97a進(jìn)一步連接至第一 NPN雙極晶體管146的發(fā)射極。并且，第二 N+區(qū)域97b、第二 PW94b和DNW90被配置成形成第二NPN雙極晶體管144的發(fā)射極、基極和集電極。第二終端108通過第二 P+區(qū)域98b和第二電阻器152連接至第二 NPN雙極晶體管144的基極，并通過第二 N+區(qū)域97b進(jìn)一步連接至第二 NPN雙極晶體管144的集電極。
[0050]根據(jù)一個實施例，第一 NPN雙極晶體管146、雙向PNP雙極晶體管142和第二 NPN雙極晶體管144形成NPNPN雙向硅控整流器(SCR)。雙向PNP雙極晶體管142的E/C被電連接至第一 NPN雙極晶體管146的基極，雙向PNP雙極晶體管142的C/E被電連接至第二NPN雙極晶體管144的基極，雙向PNP雙極晶體管142的基極被電連接至第一和第二 NPN雙極晶體管146和144的集電極。響應(yīng)于感應(yīng)出第一和第二終端106和108之間的超過具體標(biāo)準(zhǔn)值的電壓差的外部瞬態(tài)電事件，該結(jié)構(gòu)提供了雙向高電流分流路徑。NPNPN雙向硅整流器的基本操作類似于圖2的雙極NPNPN裝置。
[0051]具體地，根據(jù)本發(fā)明的根據(jù)一個實施例，當(dāng)瞬態(tài)電事件在第一和第二終端106和108之間感應(yīng)出大于具體閾值電壓的電壓差時，NPNPN雙向SCR操作作為交叉耦接PNPN硅控整流器(PNPN SCR)裝置。即，PNP雙向雙極晶體管142以及第一 NPN雙極晶體管146的組合可操作作為第一交叉耦接PNPN SCR0第一 PNPN SCR包括發(fā)射極/集電極E/C，基極、以及與第一 NPN雙極晶體管146的基極連接的PNP雙向雙極晶體管142的集電極/發(fā)射極C/E。類似地，PNP雙向雙極晶體管142和第二 NPN雙極晶體管144的組合可操作作為第二交叉耦接PNPN SCR0
[0052]當(dāng)按照基本類似于結(jié)合圖2的PNPN SCR描述的方式將相對于第二 PNPN SCR的陰極的正電壓信號施加至柵極時，第一和第二交叉耦接PNPN SCR可被打開或被“觸發(fā)”。例如，當(dāng)瞬態(tài)電事件在第一終端106上感應(yīng)出超過觸發(fā)電壓Vtk的相對于第二終端108的正電壓(或者，第二終端108上的相對于第一終端106的負(fù)電壓)時,第一 PNPN SCR可被觸發(fā)。類似地，第二 PNPN SCR可被觸發(fā)，例如，當(dāng)瞬態(tài)電事件在第二終端108上感應(yīng)出相對于第一終端106的超過觸發(fā)電壓Vtk的正電壓(或者，第一終端106上相對于第二終端108的負(fù)電壓)。
[0053]仍參見圖4A和4B，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100還包括第一 p型有源(P+)區(qū)域98a (其被布置在第一 PW94a中并通過第一電阻器150電連接至第一 NPN雙極晶體管146的基極)以及第二 P型有源(P+)區(qū)域98b (其被布置在第二 PW94b中并通過第二電阻器152電連接至第二 NPN雙極晶體管144的基極)。第一和第二 P+區(qū)域98a和98b分別通過隔離物99與第一和第二 N+區(qū)域97a和97b隔開。第一電阻器150被形成在第一 PW94a中，第二電阻器152被形成在第二 PW94b中。第二 PW94b具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中第二PW94b的第一側(cè)鄰接第二本征η型區(qū)域96a，而且具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100還包括布置在第二 PW94b的第二側(cè)的第二 η型阱區(qū)域(NW) 92c。第一 PW94a具有第一側(cè)和第二偵牝其中第一 PW94a的第二側(cè)鄰接第一本征η型區(qū)域96b，而且具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100還包括布置在第二 PW94b的第一側(cè)的第三η型阱區(qū)域(NW) 92b。在所示實施例中，第五η型有源(Ν+)區(qū)域97f被形成在第二 NW92c中，第六η型有源(Ν+)區(qū)域97e被形成在第三NW92b中。第三NW92b具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中第三NW92b區(qū)域的第二側(cè)鄰接第一PW94a，而且具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100還包括布置在第三NW92b的第一側(cè)的第三P型阱區(qū)域(PW) 94c以及布置在第三PW94c中的第三P型有源(P+)區(qū)域98c。而且，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100包括插入第三NW92b和第三PW94c之間的本征p型區(qū)域95a。在圖4A中的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100的結(jié)構(gòu)中，DNW90沿χ-方向延伸以使得DNW90的第一側(cè)布置在第三NW92b的第一和第二側(cè)之間而且DNW90的第二側(cè)布置在第二NW92c的第一和第二側(cè)之間。S卩，第二 NW92c和第三NW92b僅僅部分地形成在DNW90中。
[0054]具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100具有配置成接收瞬態(tài)電壓信號的第一和第二終端106和108。第一終端106被連接至第一 N+區(qū)域97a而且連接至第一 P+區(qū)域98a。第二終端108被連接至第二 N+區(qū)域97b而且連接至第二 P+區(qū)域98b。如上所述，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100被配置成提供通過第一 NPN雙極晶體管146、雙向PNP雙極晶體管142和第二 NPN雙極晶體管144的高電流分流路徑，它們被配置成形成NPNPN雙向硅控整流器(SCR)。NPNPN雙向SCR可在兩者電壓極性中的任意一種下被觸發(fā)，這是因為PNP雙向雙極晶體管142和第一 NPN雙極晶體管146的組合可操作作為配置成被第一電壓極性觸發(fā)的第一交叉耦接PNPN SCR,而且PNP雙向雙極晶體管142和第二 NPN雙極晶體管144的組合可操作作為配置成被第二電壓極性觸發(fā)的第二交叉耦接PNPNSCR。
[0055]參見圖4B，除了核心NPNPN雙向SCR裝置，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100可包括寄生PNP雙極晶體管148。當(dāng)存在寄生PNP雙極晶體管148時，第三P+區(qū)域98c、第三PW94c和P-SUB88被配置成形成寄生PNP雙極晶體管148的發(fā)射極。寄生PNP雙極晶體管148的發(fā)射極被配置成通過形成在P-SUB88和第四PW94d中的第四電阻器156連接至Vss下的Kelvin連接104。并且，深η型阱90和第二 PW94b被配置成形成寄生PNP雙極晶體管的基極和集電極。
[0056]如上所述，例如當(dāng)瞬態(tài)電事件在第二終端108上感應(yīng)出相對于第一終端106的正電壓，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100的核心NPNPN雙向SCR裝置可被觸發(fā)。并且，寄生PNPN SCR可提供響應(yīng)于瞬態(tài)電事件的交替電流路徑。在圖4B的實施例中，寄生PNPNSCR包括寄生PNP雙極晶體管148和布置成硅控整流器(SCR)結(jié)構(gòu)的第二 NPN雙極晶體管144。具體地，寄生PNP雙極晶體管148的集電極通過第三電阻器154連接至第二 NPN雙極晶體管144的基極。并且，第二 NPN雙極晶體管144的集電極被連接至寄生PNP雙極晶體管148的基極。類似于上述第一和第二 PNPN SCR，例如，當(dāng)?shù)诙K端108以及Vss下的第一Kelvin連接104之間的電壓差超過寄生PNPN SCR的觸發(fā)電壓+Vtk PAKA時(這可導(dǎo)致寄生PNPN SCR以進(jìn)入低阻抗模式，類似于雙極NPNPN的情況)，第一寄生PNPN SCR可被觸發(fā)以進(jìn)入再生反饋回路。寄生PNP雙極晶體管148的集電極電流的增大會增大第二 NPN雙極晶體管144的基極電流，而且第二 NPN雙極晶體管144的集電極電流的增大會增大寄生PNP雙極晶體管148的基極電流。一旦處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，寄生PNPN SCR可保持處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，直到第二終端108和Kelvin連接104之間的正電壓差落到+Vh paea以下，或者電流落到+IhPARA以下，或者兩者情況都出現(xiàn)。
[0057]在一些實施例中，通過設(shè)定本征η型和本征P型區(qū)域或兩者的橫向?qū)挾然驌诫s濃度，可實現(xiàn)定制核心NPNPN SCR裝置的觸發(fā)電壓+/-Vtk同時使得寄生PNPN SCR的+/-Vtkpaea具有足夠的冗余。參見圖4Α和4Β,本征P型區(qū)域95a、第一本征η型區(qū)域96b和第二本征η型區(qū)域96a具有第一、第二和第三寬度屯、d2和d3。在一個實施例中，第一至第三寬度Cl1-Cl3中的每一個可小于大約5 μ m。在另一實施例中，第一至第三寬度Cl1-Cl3中的每一個可介于大約0.5 μ m和大約2 μ m之間,例如大約I μ m。
[0058]并且，圖4A和4B的本征p型區(qū)域95a、第一本征η型區(qū)域96b和第二本征η型區(qū)域96a具有第一、第二和第三本征摻雜濃度。在一個實施例中，每個第一摻雜濃度可介于大約lxl013cnT3和大約lxl015cnT3之間，例如大約5xl014cnT3。在另一實施例中，第一、第二和第三本征摻雜濃度中的每一個可介于大約lX1014cm_3和大約lX1015cm_3之間之間，例如大約6xl014cm 3。
[0059]并且，各種P+區(qū)域和N+區(qū)域具有處于大約lX102°cm_3至大約8xl02°Cm_3的范圍的峰值摻雜濃度，例如，大約2xl02°cnT3。并且，各種PW和NW具有處于大約1.SxlO1W3至大約7.5xl016cm_3的范圍內(nèi)的峰值摻雜濃度，例如，大約5.0xl016cm_3。雖然以上已經(jīng)描述了峰值摻雜濃度和深度的各種范圍，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易確定其它適合的摻雜濃度。
[0060]圖5A-5C圖示出涉及具有高Vtk值同時防止寄生器件被觸發(fā)的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)電路的其它實施例。圖5C是具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的平面圖。圖5A和5B圖示出具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的沿圖5C所示的截面5A-5A的截面圖。
[0061]圖5A圖示出具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的各種阱區(qū)域的物理表示，圖5B圖示出標(biāo)記有各種電路元件的各種阱區(qū)域的電路表示。當(dāng)在與具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的表面垂直的y方向上看時，具有聞雙極阻擋電壓的I旲擬開關(guān)200是以具有聞雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200為中心(圖5A和5B的右邊)的由y方向和z方向形成的大約對稱的平面。因此，由于所示實施例的對稱性，以下參考裝置的一半(如圖所示)描述的特征也適用于裝置的另一半(未示出)。
[0062]圖5A和5B的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200包括第一(PG)和第二(SIG)終端206和208之間的保護放電路徑。第一終端206可以是通過第一 η型有源(Ν+)區(qū)域97a和第一 P型有源(P+)區(qū)域98a連接至Vss下的收發(fā)器電路襯底的高電流電源軌線。具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200可在第四P型有源(P+)區(qū)域98d通過第一 Kelvin連接進(jìn)一步連接至Vss下的收發(fā)器電路的襯底或接地。第二終端208可以是高電流電源軌線，其被配置成通過第二 η型有源(Ν+)區(qū)域97b和第二 P型有源(P+)區(qū)域98b接收正高電壓瞬態(tài)信號。
[0063]參見圖5A，所示的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200包括p型襯底(P-SUB) 88和形成在P-SUB88內(nèi)的深η-阱區(qū)域(DNW)90。具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200包括第一P型阱區(qū)域(PW)94a、第二P型阱區(qū)域(PW)94b以及布置在第一和第二P型阱區(qū)域之間的第一 η型阱區(qū)域(NW) 92a。第一 p型阱區(qū)域(PW) 94a、第二 p型阱區(qū)域PW94b和第一 η型阱區(qū)域(NW) 92a被形成在DNW90中。第一 NW92a被布置在第一和第二 PW94a和94b之間。
[0064]具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200還包括布置在第一 PW94a和第一 NW92a之間的第一本征η型區(qū)域(nt_n)210c以及布置在第二 PW94b和第一 NW92a之間的第二本征η型區(qū)域(nt_n)210b。通過在執(zhí)行注入以形成NW和PW區(qū)域時涂覆硬掩模以使得nt_n區(qū)域不受到阱注入，可以形成第一和第二 nt_n區(qū)域。按照這樣的方式，第一和第二 nt_n區(qū)域具有與形成第一和第二 PW94a和94b以及第一 NW92a之前nt_n區(qū)域的摻雜水平類似的“本征摻雜”水平。在所示實施例中，“本征摻雜”水平對應(yīng)于形成DNW90之后的nt_n區(qū)域的摻雜水平。
[0065]參見圖5A和5B，第一 NW92a、第一 nt_n96b和第二 nt_n96a被配置成形成雙向PNP雙極晶體管142的基極。并且，第二 PW94b被配置成形成雙向PNP雙極晶體管的集電極/發(fā)射極。此外，第一 PW94a被配置成形成雙向PNP雙極晶體管142的發(fā)射極/集電極(E/C)，第二 PW94b被配置成形成雙向PNP雙極晶體管142的集電極/發(fā)射極(C/E)。在該結(jié)構(gòu)中，DNW90圍繞雙向PNP雙極晶體管142。
[0066]參見圖5A，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)還包括布置在第一 PW94a中的第一 η型有源(Ν+)區(qū)域97a以及布置在第二 PW94b中的第二 η型有源(Ν+)區(qū)域97b。第一和第二N+區(qū)域97a和97b被隔尚物99隔開。第一 N+區(qū)域97a與第一 P+區(qū)域98a隔開，第二N+區(qū)域97b和第二 P+區(qū)域98b每個都由隔離物99隔開。參見圖5A和5B，第一 N+區(qū)域97a、第一 PW94a和DNW90被配置成形成第一 NPN雙極晶體管146的發(fā)射極、基極和集電極。第一終端206通過第一 P+區(qū)域98a和第一電阻器150連接至第一 NPN雙極晶體管146的基極，而且還通過第一 N+區(qū)域97a連接至第一 NPN雙極晶體管146的發(fā)射極。并且，第二N+區(qū)域97b、第二 PW94b和DNW90被配置成形成第二 NPN雙極晶體管144的發(fā)射極、基極和集電極。第二終端208通過第二 P+區(qū)域98b和第二電阻器152連接至第二 NPN雙極晶體管144的基極，而且通過第二 N+區(qū)域97b連接至第二 NPN雙極晶體管144的集電極。
[0067]根據(jù)一個實施例，第一 NPN雙極晶體管146、雙向PNP雙極晶體管142和第二 NPN雙極晶體管144被配置成形成NPNPN雙向硅控整流器(SCR)。雙向PNP雙極晶體管142的E/C被電連接至第一 NPN雙極晶體管146的基極，向PNP雙極晶體管142的C/E被電連接至第二 NPN雙極晶體管144的基極，雙向PNP雙極晶體管142的基極被電連接至第一和第二NPN雙極晶體管146和144的集電極。該結(jié)構(gòu)在第一和第二終端106和108之間感應(yīng)出超過具體標(biāo)準(zhǔn)值的電壓差的外部瞬態(tài)電事件而提供了雙向高電流分流路徑。NPNPN雙向硅整流器的基本操作和結(jié)構(gòu)類似于之前結(jié)合圖4A和4B描述的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)100。
[0068]具體地，按照與在圖4A和4B中描述的方式基本類似的方式，當(dāng)瞬態(tài)電事件在第一和第二終端206和208之間感應(yīng)出超過具體閾值電壓的電壓差時，NPNPN雙向SCR操作作為交叉耦接PNPN硅控整流器(PNPN SCR)裝置。如結(jié)合圖4A和4B描述的那樣，PNP雙向雙極晶體管142和第一 NPN雙極晶體管146的組合可操作作為第一交叉耦接PNPN SCR,PNP雙向雙極晶體管142和第二 NPN雙極晶體管144的組合可操作作為第二交叉耦接PNPNSCR0并且，按照與結(jié)合圖4A和4B中的PNPN SCR描述的方式基本相同的方式，當(dāng)相對于第二PNPN SCR的陰極的正電壓信號被施加至柵極時，第一和第二交叉耦接PNPN SCR可被打開或被“觸發(fā)”。
[0069]仍參見圖5A和5B，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200還包括第一 p型有源(P+)區(qū)域98a (其被布置在第一 PW94a中并且通過第一電阻器150電連接至第一 NPN雙極晶體管146的基極)以及第二 P型有源(P+)區(qū)域98b (其被布置在第二 PW94b中并且通過第二電阻器152電連接至第二 NPN雙極晶體管144的基極)。第一和第二 P+區(qū)域98a和98b分別通過隔離物99與第一和第二 N+區(qū)域97a和97b隔開。第一電阻器150被形成在第一PW94a中，第二電阻器152被形成在第二 PW94b中。第二 PW94b具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中第二 PW94b的第一側(cè)鄰接第二本征η型區(qū)域96a，而且具有高阻擋電壓的模擬開關(guān)200還包括布置在第二 PW94b的第二側(cè)的第二 η型阱區(qū)域(NW) 92c。第五本征η型區(qū)域(nt_n)210a被插入第二 PW94b和第二 NW92c之間。第一 PW94a具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中第一 PW94a的第二側(cè)鄰接第一本征η型區(qū)域210c，而且具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200還包括布置在第二 PW94b的第一側(cè)的第三η型阱區(qū)域(NW) 92b。第三本征η型區(qū)域(nt_n)210d被插入第一 PW94a和第三NW92b之間。第三NW92b具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中第三NW92b區(qū)域的第二側(cè)鄰接第一 PW94a，而且具有高阻擋電壓的模擬開關(guān)200還包括布置在第三NW92b的第一側(cè)的第三P型阱區(qū)域(PW)94c。第三PW94c具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中第三PW94c的第二側(cè)鄰接第三NW92b，而且具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200還包括布置在第三PW94c的第一側(cè)的第四η型阱區(qū)域(NW)92d。第八η型有源N+區(qū)域97g被布置在第四NW92d中，第四本征η型區(qū)域(nt_n)210e被插入第三PW94c和第四NW92d之間。第四NW92d具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中第四NW92d的第二側(cè)鄰接第三PW94c，而且具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200還包括布置在第四NW92d的第一側(cè)的第四P型阱區(qū)域(PW) 94d。本征p型區(qū)域(nt_P) 212a被插入第四NW92d和第四PW94d之間。
[0070]在圖5A和5B中的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的結(jié)構(gòu)中，DNW90在x_方向上延伸以使得DNW90的第一側(cè)被布置在第一和第四NW92d的第二側(cè)之間，DNW90的第二側(cè)被布置在處在具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的相反一半上的第八NW92d’ (未示出)的第一和第二側(cè)之間。
[0071]具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200具有被配置成接收瞬態(tài)電壓信號的第一和第二終端106和108。第一終端206被連接至第一 N+區(qū)域97a并被連接至第一 P+區(qū)域98a。第二終端208被連接至第二 N+區(qū)域97b并被連接至第二 P+區(qū)域98b。如上所述，具有高阻擋電壓的模擬開關(guān)200被配置成提供通過第一 NPN雙極晶體管146、雙向PNP雙極晶體管142和第二 NPN雙極晶體管144 (它們被配置成形成NPNPN雙向硅控整流器(SCR))的高電流分流路徑。NPNPN雙向SCR可在兩者電壓極性中的任意一種下被觸發(fā)，這是因為PNP雙向雙極晶體管142和第一 NPN雙極晶體管146的組合可操作作為配置成被第一電壓極性觸發(fā)的第一交叉耦接PNPN SCR, PNP雙向雙極晶體管142和第二 NPN雙極晶體管144的組合可操作作為配置成被第二電壓極性觸發(fā)的第二交叉耦接PNPN SCR0
[0072]參見圖5B，除了核心NPNPN雙向SCR裝置，具有高阻擋電壓的模擬開關(guān)200可包括寄生PNP雙極晶體管148。當(dāng)存在寄生PNP雙極晶體管148時，第四P+區(qū)域98d、第四PW94d以及處于第四PW94d下方并與DNW90鄰接的P-SUB88被配置成形成寄生PNP雙極晶體管148的發(fā)射極。寄生PNP雙極晶體管148的發(fā)射極被配置成通過在P-SUB88和第四PW94d中形成的第四電阻器156連接至第四P+區(qū)域處的Kelvin連接。并且，深η型阱90和第二 PW94b被配置成形成寄生PNP雙極晶體管148的基極和集電極。
[0073]如上所述，例如當(dāng)瞬態(tài)電事件在第二終端208上感應(yīng)出相對于第一終端206的正電壓上，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的核心NPNPN雙向SCR裝置可被觸發(fā)。并且，寄生PNPN SCR可響應(yīng)于瞬態(tài)電事件而提供交替電流路徑。在圖5B所示的實施例中，寄生PNPN SCR包括布置成硅控整流器(SCR)結(jié)構(gòu)的寄生PNP雙極晶體管148和第二 NPN雙極晶體管144。具體地，寄生PNP雙極晶體管148的集電極通過第三電阻器154連接至第二 NPN雙極晶體管144的基極。并且，第二 NPN雙極晶體管144的集電極被連接至寄生PNP雙極晶體管148的基極。類似于上述第一和第二 PNPN SCR，例如，當(dāng)?shù)诙K端208和第四P+區(qū)域98d處的第一 Kelvin連接之間的電壓差超過寄生PNPN SCR的觸發(fā)電壓+V 時(這可導(dǎo)致寄生PNPN SCR進(jìn)入低阻抗模式，類似于雙極NPNPN中發(fā)生的情況那樣)，第一寄生PNPN SCR可被觸發(fā)以進(jìn)入再生反饋回路。寄生PNP雙極晶體管148的集電極電流的增大會增大第二 NPN雙極晶體管144的基極電流，而且第二 NPN雙極晶體管144的集電極電流的增大會增大寄生PNP雙極晶體管148的基極電流。一旦處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，寄生PNPN SCR可保持處于低阻抗?fàn)顟B(tài)，直到第二終端208和第四P+區(qū)域94d處的Kelvin連接之間的正電壓差落到+Vh paea以下，或者電流落到+Ih paea以下，或者兩者情況都出現(xiàn)。
[0074]在一些實施例中，通過設(shè)定本征η型和本征P型區(qū)域或兩者的橫向?qū)挾然驌诫s濃度，可以實現(xiàn)核心NPNPN SCR裝置的觸發(fā)電壓+/-Vtk的定制同時具有足夠的冗余以防止寄生PNPN SCR的+/-Vtk ραεα。參見圖5Α和5Β，本征P型區(qū)域212a、第一本征η型區(qū)域210c、第二本征η型區(qū)域210b、第三本征η型區(qū)域210d、第四本征η型區(qū)域210e和第五本征η型區(qū)域210a分別具有第六、第三、第二、第四、第五和第一寬度d6，d3, d2, d4, d5和屯。在一個實施例中，第一至第六寬度(I1-Cl6的每個可小于大約5μηι。在另一實施例中,第一至第六寬度(I1-Cl6的每個可介于大約0.5 μ m和大約2 μ m之間,例如大約I μ m。
[0075]并且，圖5A和5B的本征p型區(qū)域212a、第一本征η型區(qū)域210c、第二本征η型區(qū)域210b、第三本征η型區(qū)域210d、第四本征η型區(qū)域210e和第五本征η型區(qū)域210a具有第一至第六本征摻雜濃度。在一個實施例中，每個第六本征摻雜濃度可介于大約lX1013cm_3和大約lxl015Cm_3之間，例如大約5xl014Cm_3。在另一實施例中，第一、第二、第三、第四和第五本征摻雜濃度的每個可介于大約lxl014cnT3和大約lxl015cnT3之間,例如大約6xl014cnT3。
[0076]并且，各種P+區(qū)域和N+區(qū)域具有處于大約lX102°cm_3至大約8xl02°Cm_3的范圍內(nèi)的峰值摻雜濃度，例如，大約2xl02°cnT3。并且，各種PW和NW具有處于大約1.SxlO1W3至大約7.SxlO1W3的范圍內(nèi)的峰值摻雜濃度，例如，大約5.0X1016cm_3。雖然各種范圍的峰值摻雜濃度和深度已經(jīng)描述如上，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易確定其它適當(dāng)?shù)膿诫s濃度。
[0077]圖5C圖不出圖5A和5B所不的根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的平面圖像。如上所述，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200是大約鏡像對稱的對稱平面202。圖5A和5B示出了具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的左邊部分的截面5A-5A的截面圖，圖5C圖示出對稱平面202兩側(cè)的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200。清楚起見，僅僅阱區(qū)域和本征區(qū)域被示出來。
[0078]在圖5C的對稱平面202的左側(cè)，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200包括形成在X-方向從第一端延伸至第二端的垂直段的第五nt_n21Oa和第二 nt_n210b。第五nt_n210a和第二 nt_n210b的第一端和第二端被在x_方向上延伸的第一和第二水平段連接。按照這樣的方式，第一水平段、第五nt_n210a、第二水平段和第二 nt_n210b連續(xù)地連接以形成第一矩形環(huán)222，當(dāng)沿與具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的表面垂直的Z-方向上看時第一矩形環(huán)222圍繞第二 PW94b。并且，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的左側(cè)還包括第一nt_n210c和第三nt_n210d,它們形成了在x_方向上從第一端延伸至第二端的垂直段。第一 nt_n210c和第三nt_n210d的第一端和第二端被在x_方向上延伸的第三和第四水平段連接。按照這樣的方式，第三水平段、第一 nt_n210c、第四水平段和第三nt_n210d連續(xù)地連接以形成第二矩形環(huán)224，當(dāng)沿與具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的表面垂直的Z-方向看時第二矩形環(huán)224圍繞第一 PW94a。
[0079]在圖5C中對稱平面202的的右側(cè)，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200包括第十nt_n210a’和第七nt_n210b’，它們形成了在X-方向上從第一端延伸至第二端的垂直段。第十nt_n210a’和第七nt_n210b’的第一端和第二端被在x_方向延伸的第五和第六水平段連接。按照這樣的方式，第五水平段、第十nt_n210a’、第六水平段和第七nt_n210b’連續(xù)地連接以形成第三矩形環(huán)226，當(dāng)從與具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的表面相垂直的Z-方向看時第三矩形環(huán)226圍繞第六PW94a’。并且，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的右側(cè)還包括第六nt_n210c’和第八nt_n210d’,它們形成在x_方向上從第一端延伸至第二端的垂直段。第六nt_n210c’和第八nt_n210d’的第一端和第二端被在上x_方向上延伸的第七和第八水平段連接。按照這樣的方式，第七水平段、第六nt_n210c、第八水平段和第八nt_n210d’連續(xù)地連接以形成第四矩形環(huán)228，當(dāng)從與具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的表面相垂直的Z-方向看時第四矩形環(huán)228圍繞第五PW94b’。
[0080]具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200還包括圍繞第一至第四環(huán)222，224，226和228的第一矩形區(qū)域230。除了第一至第四環(huán)222，224，226和228以及第一、第二、第六和第五PW94a,94b,94a’和94b’所覆蓋的區(qū)域之外,第一矩形區(qū)域230包圍的剩余區(qū)域形成了 η-阱，由此第五NW92c被布置在第二和第三環(huán)224和226之間，第一 NW92a被布置在第一和第二環(huán)222和224之間，而且第五NW92a’被布置在第三和第四環(huán)226和228之間。并且,第三和第六η-阱區(qū)域92b和92b’被布置成鄰接第三和第八nt_n210d和210d’。
[0081]具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200還包括由第四本征η型區(qū)域210e形成的第五環(huán)。第四η型區(qū)域210的內(nèi)邊緣與第一矩形區(qū)域230之間所夾的區(qū)域形成了第三ρ_阱區(qū)域94c形成的P型阱的連續(xù)環(huán)。具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200還包括本征P型區(qū)域212a形成的第六環(huán)。本征P型區(qū)域212a的內(nèi)邊緣與第四本征η型區(qū)域210e的外邊緣之間所夾的區(qū)域形成了第四NW92d所形成的η-阱的連續(xù)環(huán)。具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200還包括圍繞本征P型區(qū)域212a的第四PW94d。
[0082]如結(jié)合圖5A和5B的截面圖所描述的那樣,第一(PG)終端206a (未不出)電連接至包圍在第一環(huán)222內(nèi)的第一 PW94a。雖然出于清楚的原因而未示出，但是第三(PG)終端206a’電連接至包圍在第四環(huán)228內(nèi)的第六PW94a’。并且，第二(SIG)終端208a (未示出)電連接至包圍在第二環(huán)224內(nèi)的第二PW94b。雖然出于清楚的原因而未示出，但是第四終端208a’電連接至包圍在第三環(huán)226內(nèi)的第五PW94b’。并且，第二和第四終端208a和208a’可連接至形成單個SIG終端。
[0083]圖6A圖示出圖5A-5C所示的根據(jù)一個實例實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的測試實驗結(jié)果。具體地，在所示實施例中，第一至第五nt_n寬度(I1 - d5和nt_P寬度d6大約為I μ m。在本實施例中，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200被設(shè)計成滿足4kV人體模型(HBM)的要求。測量結(jié)構(gòu)包括第一終端206以及第四PW94d處的Kelvin連接，它們在Vss彼此連接。下方的X軸表示施加在第一和第二終端206和208之間的傳輸線脈沖(TLP)電壓，y軸表示響應(yīng)于所施加的電壓而在第一和第二終端206和208上測得的TLP電流。上方的X軸表示泄漏電壓(該示例中為+/-20V)下測得的泄漏電流。
[0084]正脈沖1-V部分252a和負(fù)脈沖I_V部分252b表示具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200在相反極性下的TLP電流-電壓(1-V)特征。具體地，TLP 1-V特征表示采用10ns脈沖寬度和2ns上升時間的準(zhǔn)靜態(tài)TLP掃描。正脈沖1-V部分252a表示響應(yīng)于第二終端208上的相對于第一終端206的正電壓應(yīng)力的TLP 1-V特征。負(fù)脈沖1-V部分252b表示響應(yīng)于第二終端208上的相對于第一終端206的負(fù)電壓應(yīng)力的TLP 1-V特征。在該示例中，對于正負(fù)脈沖1-V掃描，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200被配置成分別在大約+/-22V的+/Vtk下觸發(fā)。并且，一旦觸發(fā)，所示的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200具有兩者極性的大約8V的保持電壓+/_VH。
[0085]正泄漏1-V部分256a和負(fù)泄漏I_V部分256b表示在y軸上的TLP電流表示的相應(yīng)TLP脈沖之后測得的+/-20V下測得的泄漏電流。具有增大的TLP脈沖電壓的相對不變的泄漏電流水平表示，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200未被TLP脈沖的高電壓/電流所損害。如所示，泄漏電流保持穩(wěn)定并且在產(chǎn)生正負(fù)脈沖1-V部分252a和252b的整個過程中都處于200pA以下，這表明裝置穩(wěn)健性至少高達(dá)+/-4.5A。
[0086]正寄生脈沖1-V部分254a和負(fù)寄生脈沖I_V部分254b表示相反極性下的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的寄生雙極脈沖電流-電壓(1-V)特征。寄生脈沖1-V特征表示采用10ns脈沖寬度和2ns上升時間的準(zhǔn)靜態(tài)TLP掃描。正寄生脈沖1-V部分254a表示響應(yīng)于第二終端208上相對于連接至襯底電勢Vss的Kelvin連接的正電壓應(yīng)力的脈沖1-V特征。負(fù)寄生脈沖1-V部分254b表示響應(yīng)于負(fù)電壓應(yīng)力on第一終端206上相對于連接至襯底電勢Vss的Kelvin連接的脈沖1-V特征。在本示例中，負(fù)寄生脈沖1-V部分254a和254b，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)示出了通過寄生雙極的高電阻傳導(dǎo)以及寄生PNPNSCR裝置的Vtk paea是超過+/-22V的+/-Vtk的阱，其不會不利地影響具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的穩(wěn)健性。
[0087]圖6B示出了室溫下測得的圖5A的根據(jù)一個實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的低電流DC電流-電壓特征。X軸表示施加在第一和第二終端206和208之間的電壓，y軸表示響應(yīng)于所施加的電壓而在第一和第二終端206和208上測得的絕對電流。正掃描部分260b表示了具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的響應(yīng)于第二終端208上相對于第一終端206的正電壓應(yīng)力的電流-電壓特征。負(fù)掃描部分260a表不了具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200的響應(yīng)于第二終端208上相對于第一終端206的負(fù)電壓應(yīng)力的電流-電壓特征。如針對正負(fù)掃描兩者的低絕對電流值(<1ηΑ)所示，雙向裝置200的核心NPNPN雙向SCR裝置的+/Vtk沒有超過+/-20V。類似地，低絕對電流值表明寄生PNPN SCR裝置的Vtkpaea沒有超過+/-20V。
[0088]圖6C示出了圖6C所示的根據(jù)一個實施例的設(shè)計用于大于10000VHBM應(yīng)力電流處理能力的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200在室溫下測得的準(zhǔn)靜態(tài)脈沖電流-電壓特征(TLP)。X軸表不施加在第一和第二終端206和208之間的脈沖電壓，y軸表不響應(yīng)于所施加的電壓而在第一和第二終端206和208測得的絕對電流。在該測量結(jié)構(gòu)中，第一終端206和第四PW94d處的Kelvin連接在Vss彼此連接。正脈沖1-V部分262b表示具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200響應(yīng)于第二終端208上相對于第一終端206的正電壓應(yīng)力的TLP特征。負(fù)脈沖1-V部分262a表示具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200響應(yīng)于第二終端208上相對于第一終端206的負(fù)電壓應(yīng)力的TLP特征。對于正負(fù)掃描,具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200被配置成在大約+/-24V的+/Vtk下觸發(fā)。并且，正負(fù)掃描的對稱性表明寄生PNPN SCR裝置的Vtk PAKA沒有超過+/-25V。Upon觸發(fā)，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)200具有兩種極性下的大約5V的保持電壓+/_VH。
[0089]圖7A至7C圖示出根據(jù)另一實施例的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)。除了本征η型和本征P型區(qū)域，有源區(qū)域在各種位置的布置也可得到諸如Vtk之類的器件參數(shù)的其它定制性。在圖7Α至7C，處于簡潔的目的而未示出諸如隔離物區(qū)域之類的一些細(xì)節(jié)。
[0090]圖7Α至7C分別圖示出具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)310，320和330。每個具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)310，320和330包括ρ型襯底(P-SUB) 88和形成在P-SUB88中的深η-阱區(qū)域(DNW) 90。具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)310，320和330包括第一 ρ型阱區(qū)域(PW)94a、第二 ρ型阱區(qū)域(PW)94b和布置在第一和第二 ρ型阱區(qū)域之間的第一η型阱區(qū)域(NW) 92a。第一 ρ型阱區(qū)域(PW) 94a、第二 ρ型阱區(qū)域PW94b和第一 η型阱區(qū)域(NW) 92a被形成在DNW90中。第一 NW92a布置在第一和第二 PWs94a和94b之間。
[0091]具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)310，320和330還包括處于第一 PW94a和第一NW92a之間的第一本征η型區(qū)域(nt_n) 302a以及處于第二 PW94b和第一 NW92a之間的第二本征η型區(qū)域(nt_n)302b。nt_n區(qū)域由類似的方法形成并且具有類似的摻雜水平，如上結(jié)合圖5A所述。
[0092]具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)310，320和330包括第一 NW92a，第一 nt_n96b和第二 nt_n96a，其被配置成形成雙向PNP雙極晶體管的基極。并且，第二 PW94b被配置成形成雙向PNP雙極晶體管的集電極/發(fā)射極。此外，第一 PW94a被配置成形成雙向PNP雙極晶體管的發(fā)射極/集電極(E/C)，第二 PW94b被配置成形成雙向PNP雙極晶體管的集電極/發(fā)射極(C/E)。DNW90圍繞雙向PNP雙極晶體管。同樣類似于圖5A和5B，具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)310，320和330還包括布置在第一 PW94a中的第一 η型有源(Ν+)區(qū)域97a以及布置在第二 PW94b中的第二 η型有源(Ν+)區(qū)域97b。第一 N+區(qū)域97a、第一 PW94a和DNW90被配置成形成第一 NPN雙極晶體管的發(fā)射極、基極和集電極。第一終端VL通過第一P+區(qū)域98a連接至第一 NPN雙極晶體管的基極而且還通過第一 N+區(qū)域97a連接至第一NPN雙極晶體管的發(fā)射極。并且，第二 N+區(qū)域97b、第二 PW94b和DNW90被配置成形成第二NPN雙極晶體管的發(fā)射極、基極和集電極。第二終端VH通過第二 P+區(qū)域98b連接至第二NPN雙極晶體管的基極而且還通過第二 N+區(qū)域97b連接至第二 NPN雙極晶體管的集電極。具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)310，320和330進(jìn)一步包括分別與第一 PW94a和第二PW94b鄰接的第三和第四本征η型區(qū)域(nt_n)302c和302d。具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)310，320和330進(jìn)一步包括分別與第四和第三本征η型區(qū)域302d和302c鄰接的第二和第三η型阱區(qū)域NW92c和92b，由此第三nt_n302c插入第二 NW92b和第一 PW94a，而且第四nt_n302d插入第二 PW94b和第三NW92c。
[0093]圖7B的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)320類似于具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)310，不同之處在于具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)320還包括第三η型有源(Ν+)區(qū)域304a(其部分地形成在第一 PW94a中而且部分地形成在第一 nt_n302a中)和第四η型有源(Ν+)區(qū)域304b (其部分地形成在第二 PW94b中而且部分地形成在第二 nt_n302b中)。
[0094]圖7C的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)330類似于具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)310，不同之處在于具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)330還包括第三ρ型有源(P+)區(qū)域306a(其部分地形成在第一 PW94a中而且部分地形成在第一 nt_n302a中)和第四ρ型有源(Ρ+)區(qū)域306b (其部分地形成在第二 PW94b而且部分地形成在第二 nt_n302b中)。
[0095]根據(jù)實施例，圖7B的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)320的結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電壓Vtk電平可低于圖7A的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)310的結(jié)構(gòu)以及圖7C的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)330。圖7C的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)330的結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電壓Vtk電平可高于圖7B的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)320但是低于圖7C的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)330的結(jié)構(gòu)。圖7A的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)310的結(jié)構(gòu)的觸發(fā)電壓Vtk電平可高于圖7B的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)320的結(jié)構(gòu)而且高于圖7C的具有高雙極阻擋電壓的模擬開關(guān)330的結(jié)構(gòu)。
[0096]采用上述保護方案的裝置可實施在各種電子裝置和接口應(yīng)用中。電子裝置的示例可包括但不限于消費電子產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品的部分、電子測試設(shè)備、高穩(wěn)健性工業(yè)等。電子裝置的示例還可包括光網(wǎng)或其它通信網(wǎng)絡(luò)的電路。消費電子產(chǎn)品可包括但不限于移動電話、電話、手持計算機、個人數(shù)字助理(PDA)、汽車、車輛引擎管理控制器、傳輸控制器、安全帶控制器、防抱死制動系統(tǒng)控制器、攝像錄像機、相機、數(shù)碼相機、便攜存儲芯片、掃描器、多功能外圍設(shè)備等。而且，電子裝置可包括未完工的產(chǎn)品。包括用于工業(yè)、醫(yī)療和汽車應(yīng)用的女口廣叩ο
[0097]前述說明以及權(quán)利要求可表示被“連接”或“耦接”在一起的元素或特征。就此處的使用而言，除非相反地明確說明，否則“連接”指的是一個元素/特征直接或間接連接至另一元素/特征，并且并非必須是機械的。類似地，除非相反地明確說明，否則“耦接”指的是一個元素/特征直接或間接耦接至另一元素/特征，并且并非必須是機械的。因此，雖然附圖所示的各種方案描繪了元素和組件的示例配置，但是其它的插入元素、裝置、特征或組件可出現(xiàn)在實際實施例中(假設(shè)所示電路的功能不會受到不利的影響)。
[0098]雖然已經(jīng)針對具體實施例描述了本發(fā)明，但是對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言顯而易見的其它實施例，包括不提供前述所有特征和優(yōu)勢的實施例，也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。而且，上述各種實施例可組合以提供進(jìn)一步的實施例。而且，一個實施例中示出的具體特征也可并入其它實施例。從而，本發(fā)明的范圍僅僅由所附權(quán)利要求所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于保護以防止瞬態(tài)電事件的設(shè)備，包括: P型襯底； 第一 P型阱區(qū)域、第二 P型阱區(qū)域、以及布置在第一和第二 P型阱區(qū)域之間的第一 η型阱區(qū)域； 布置在第一 P型阱區(qū)域η型阱區(qū)域之間的第一本征η型區(qū)域； 布置在第二 P型阱區(qū)域和η型阱區(qū)域之間的第二本征η型區(qū)域； 圍繞雙向PNP雙極晶體管的深η型阱區(qū)域；以及 其中第一 P型阱區(qū)域被配置成雙向PNP雙極晶體管的發(fā)射極/集電極， 其中第一本征η型區(qū)域、第一 η型阱區(qū)域和第二本征η型區(qū)域被配置成雙向PNP雙極晶體管的基極，以及 其中第二 P型阱區(qū)域被配置成雙向PNP雙極晶體管的集電極/發(fā)射極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中第一本征η型區(qū)域、第一η型阱區(qū)域和第二本征η型區(qū)域被配置成形成雙向PNP雙極晶體管的緩沖Ν-/Ν/Ν-基極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中第一本征η型區(qū)域具有第一本征區(qū)域?qū)挾龋诙菊鳓切蛥^(qū)域具有第二本征區(qū)域?qū)挾?，第一和第二本征區(qū)域?qū)挾忍幱诖蠹s0.5 μ m和大約2 μ m之間的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中第一本征區(qū)域?qū)挾然旧喜煌诘诙菊鲄^(qū)域?qū)挾取?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括: 布置在第一 P型阱區(qū)域中的第一 η型有源區(qū)域， 其中第一 η型有源區(qū)域、第一 P型阱區(qū)域和深η型阱區(qū)域被配置成第一 NPN雙極晶體管的發(fā)射極、基極和集電極； 以及 布置在第二 P型阱區(qū)域中的第二 η型有源區(qū)域， 其中第二 η型有源區(qū)域，第二 P型阱區(qū)域，and深η型阱區(qū)域被配置成第二 NPN雙極晶體管的發(fā)射極、基極和集電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中雙向PNP雙極晶體管的發(fā)射極/集電極被電連接至第一 NPN雙極晶體管的基極，雙向PNP雙極晶體管的集電極/發(fā)射極被電連接至第二 NPN雙極晶體管的基極，而且雙向PNP雙極晶體管的基極被電連接至第一和第二 NPN雙極晶體管的集電極，以使得第一 NPN雙極晶體管、雙向PNP雙極晶體管和第二 NPN雙極晶體管被配置成NPNPN雙向半導(dǎo)體器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括:布置在第一P型阱區(qū)域中并且電連接至第一 NPN雙極晶體管的基極的第一 P型有源區(qū)域、以及布置在第二 P型阱區(qū)域中并且電連接至第二 NPN雙極晶體管的基極的第二 P型有源區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括:形成在第一P-阱區(qū)域中的第一電阻器，其中第一 P型有源區(qū)域通過第一電阻器連接至第一 NPN雙極晶體管的基極，進(jìn)一步包括:形成在第二 P-阱區(qū)域中的第二電阻器，其中第二 P型有源區(qū)域通過第二電阻器連接至第二NPN雙極晶體管的基極。
9.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中第二P型阱區(qū)域具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中第二 P型阱區(qū)域的第一側(cè)鄰接第二本征η型區(qū)域，設(shè)備進(jìn)一步包括:布置在第二 P型阱區(qū)域的第二側(cè)上的第二 η型阱區(qū)域(92c)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中第一P型阱區(qū)域具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中第二P型阱區(qū)域的第二側(cè)鄰接第一本征η型區(qū)域，設(shè)備進(jìn)一步包括:布置在第一 P型阱區(qū)域的第一側(cè)上的第三η型阱區(qū)域。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中第三η型阱區(qū)域具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中第三η型阱區(qū)域的第二側(cè)鄰接第一 P型阱區(qū)域，設(shè)備進(jìn)一步包括:布置在第三η型阱區(qū)域的第一側(cè)上的第三P型阱區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括:介于第三η型阱區(qū)域和第三P型阱區(qū)域之間的第三本征η型區(qū)域。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中第三P型阱區(qū)域、深η型阱和第二P型阱區(qū)域被配置成寄生PNP雙極晶體管(148)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括:介于第三η型阱區(qū)域和第一P型阱區(qū)域之間的第三本征η型區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中第三P型阱區(qū)域具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中第三P型阱區(qū)域的第二側(cè)鄰接第三η型阱，設(shè)備進(jìn)一步包括:布置在第三P型阱區(qū)域的第一側(cè)上的第四η型阱區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括:介于第四η型阱區(qū)域和第三P型阱區(qū)域(94c)之間的第四本征η型區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中第四η型阱區(qū)域具有第一側(cè)和第二側(cè)，其中第四η型阱區(qū)域的第二側(cè)鄰接第四本征η型區(qū)域，設(shè)備進(jìn)一步包括:布置在第四η型阱區(qū)域的第一側(cè)上的第四P型阱區(qū)域。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括:介于第二P型阱區(qū)域和第二 η型阱區(qū)域之間的第五本征η型區(qū)域。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括:介于第五P型阱區(qū)域和第四η型阱區(qū)域之間的第一本征P型區(qū)域。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中第四P型阱區(qū)域、深η型阱區(qū)域和第二P型阱區(qū)域被配置成形成寄生雙向PNP雙極晶體管的發(fā)射極、基極和集電極。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中第五本征η型區(qū)域和第二η型區(qū)域被連接成形成第一環(huán)，在從與P型襯底的第一表面垂直的方向觀察時第一環(huán)圍繞第二 P型阱區(qū)域。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中第一本征η型區(qū)域and第三η型區(qū)域被連接成形成第二環(huán)，在從與P型襯底的第一表面垂直的方向觀察時第二環(huán)圍繞第一P型阱區(qū)域。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中第四本征η型區(qū)域形成圍繞第一和第二環(huán)的第三環(huán)。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中第一和第二本征η型區(qū)域具有介于大約lxl014cm_3和大約lxl015cm_3之間的范圍內(nèi)的摻雜濃度。
【文檔編號】H03K17/60GK104184443SQ201410219317
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】J·A·塞爾瑟多, K·斯威特蘭 申請人:美國亞德諾半導(dǎo)體公司