專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置和電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電子設(shè)備的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)，例如MOSFET器件，經(jīng)常用于控制電子設(shè)備中的電流，以及特別地用于控制流過(guò)電感負(fù)載的電流供應(yīng)，例如用在大電機(jī)和發(fā)電機(jī)中。
作為描述，在圖1中示出了MOSFET器件100，其配置為操作作為用于控制通過(guò)電感負(fù)載101的電流的開(kāi)關(guān)，其中MOSFET器件100的漏極102經(jīng)由電感負(fù)載101和電阻負(fù)載104連接到電源Vcc，MOSFET器件100的源極105連接接地，而MOSFET器件100的柵極106連接到控制信號(hào)，該控制信號(hào)用于將MOSFET器件切換為接通或關(guān)斷(也就是使漏極/源極變成閉合或斷開(kāi)電路)。
對(duì)于N溝道MOSFET器件，正控制電壓將導(dǎo)致MOSFET器件接通，而對(duì)于P溝道MOSFET器件，負(fù)控制電壓將導(dǎo)致MOSFET器件接通。
如對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，MOSFET器件的源極和漏極以半導(dǎo)體材料形成，該半導(dǎo)體材料例如硅，而柵極由導(dǎo)電材料形成，該導(dǎo)電材料例如多晶硅。柵極利用絕緣層例如二氧化硅來(lái)與半導(dǎo)體材料分離。這樣，MOSFET器件當(dāng)擊穿電壓施加到MOSFET時(shí)容易受到損害。
對(duì)于MOSFET器件容易發(fā)生的兩種類(lèi)型的電壓損害為靜電放電ESD和電氣過(guò)應(yīng)力EOS。
在EOS的情況下具有三種可能的故障模式。第一，達(dá)到柵極氧化物的擊穿電壓；第二，達(dá)到漏源BVDSS結(jié)點(diǎn)的擊穿電壓；以及第三，由于由能量釋放產(chǎn)生的高溫，達(dá)到最大結(jié)點(diǎn)溫度。
在ESD的情況下具有兩種可能的故障模式。第一，達(dá)到寄生雙極型晶體管的擊穿電壓；以及第二，達(dá)到柵極氧化物的擊穿電壓。
已經(jīng)采用了一種解決方案來(lái)避免可以損害半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)的電壓，該解決方案包括使用齊納鉗(clamp)200，其中該齊納鉗200的陽(yáng)極連接到MOSFET器件100的柵極106，而其陰極連接到漏極202，如在圖2中所示。
齊納鉗200(也就是齊納二極管)被選擇為使其具有的擊穿電壓低于最大漏源電壓。這樣，如果齊納鉗擊穿電壓施加到該齊納鉗的陰極，引起電流從漏極流過(guò)齊納鉗到達(dá)柵極，導(dǎo)致MOSFET器件接通，以及允許電流從漏極流到源極，從而允許降低在漏極處的電壓，由此避免對(duì)于MOSFET器件的損害。
這樣，該解決方案提供了一種將在MOSFET器件的漏極處產(chǎn)生的電壓鉗位到預(yù)定電壓(也就是該齊納二極管的擊穿電壓)的方法。
然而，典型地，齊納鉗的擊穿電壓與MOSFET器件的最大漏源電壓相比相對(duì)較低。這樣，為了允許選擇適合的鉗位電壓，需要包括多個(gè)串聯(lián)布置的齊納二極管。因此，該解決方案會(huì)導(dǎo)致電壓鉗位電路在尺寸上相對(duì)較大。此外，串聯(lián)的齊納二極管的耦合會(huì)導(dǎo)致難以提供精確的鉗位電壓。
此外，由于齊納二極管的切換特性較慢，它們不適用于對(duì)MOSFET器件提供ESD保護(hù)。這樣，需要另外的ESD保護(hù)電路，從而導(dǎo)致進(jìn)一步增加切換電路的尺寸和復(fù)雜性。
美國(guó)專(zhuān)利5,812,006公開(kāi)了優(yōu)化輸出鉗位結(jié)構(gòu)，其包括具有第一擊穿電壓的功率輸出晶體管，還公開(kāi)了擊穿結(jié)構(gòu)，其耦合到功率輸出晶體管，并具有第二擊穿電壓。該第二擊穿電壓小于第一擊穿電壓，并且在所有溫度和半導(dǎo)體過(guò)程變化中都跟隨第一擊穿電壓。特別地，功率MOS的源極和漏極摻雜分布用于創(chuàng)建開(kāi)關(guān)器件(NPN或MOS)以保護(hù)“電路”。因此，美國(guó)專(zhuān)利5,812,006 A公開(kāi)了用于鉗位MOSFET的二極管，其在靜電放電期間操作作為二極管，從而不能保護(hù)避免ESD。此外，沒(méi)有將鉗集成到MOSFET中的解決方案。
期望提供一種半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置和電子設(shè)備，其提供改進(jìn)的避免靜電放電保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了如在所附權(quán)利要求中所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置和電子設(shè)備。
這提供了提供單電壓鉗位器件的優(yōu)點(diǎn)，其可以對(duì)半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)，例如MOSFET、絕緣柵雙極型晶體管IGBT、柵極關(guān)斷晶閘管GTO或功率雙極型晶體管提供保護(hù)，使之免于靜電放電和類(lèi)似能量釋放的電氣過(guò)應(yīng)力(EOS)。
此外，允許減小芯片(die)尺寸并增加電壓鉗位精確度。


現(xiàn)在將參考附圖利用例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，在這些附圖中圖1描述現(xiàn)有技術(shù)中已知的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置；圖2描述了現(xiàn)有技術(shù)中已知的包含電壓鉗的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置；
現(xiàn)在將參考附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行描述，其中圖3描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置；圖4描述了現(xiàn)有技術(shù)中已知的包含兩個(gè)電壓鉗的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置；圖5描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的剖視圖；圖6描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的另外剖視圖；圖7描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的又一剖視圖；圖8描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的電壓電平。
具體實(shí)施例方式
圖3顯示了半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置300，其具有MOSFET器件301和雙極型晶體管302，并且被布置為控制在電感負(fù)載303例如電機(jī)中的電流的流動(dòng)。MOSFET器件301的源極304(也就是輸入節(jié)點(diǎn))電氣連接接地，如同到MOSFET器件301的基板的連接。MOSFET器件301的柵極305(也就是控制節(jié)點(diǎn))電氣連接到控制電路(未顯示)，其用于控制MOSFET器件301的開(kāi)關(guān)。MOSFET器件301的漏極306經(jīng)由電感負(fù)載303連接到電源Vcc。
雖然本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例使用MOSFET器件來(lái)提供開(kāi)關(guān)裝置，也可以使用其他形式的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，例如IGBT、GTO和功率雙極型晶體管。
所描述的MOSFET器件301為N型器件。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道的，也可以使用P型器件。
連接在MOSFET器件301的漏極306和柵極305之間的是雙極型晶體管302，這里雙極型晶體管302的集電極307電氣連接到MOSFET器件301的漏極306。雙極型晶體管302的發(fā)射極308和基極309電氣連接到MOSFET器件301的柵極305。所描述的雙極型晶體管302是npn器件。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道的，也可以使用pnp器件。
雙極型晶體管302被布置為提供電壓鉗位，來(lái)防止超出MOSFET器件301的最大漏源電壓。第一個(gè)當(dāng)電壓鉗位可能需要的例子是當(dāng)利用MOSFET器件301切斷負(fù)載電流(也就是流過(guò)電感負(fù)載303的電流)以及由電感負(fù)載303產(chǎn)生的電壓試圖維持通過(guò)負(fù)載的電流時(shí)。第二個(gè)例子是當(dāng)靜電放電(ESD)脈沖導(dǎo)致在MOSFET器件301兩端形成電壓差時(shí)。為了提供ESD保護(hù)，雙極型晶體管302應(yīng)該被構(gòu)造為適用于響應(yīng)靜電放電，例如具有低電容以及適用于高電流。
為了確定對(duì)于MOSFET器件的電壓鉗位需求，應(yīng)該知道對(duì)于MOSFET器件301的能耗規(guī)格。在得知對(duì)于MOSFET器件301的能耗規(guī)格后，必須確保實(shí)際能耗維持在對(duì)于MOSFET器件301的能耗規(guī)格內(nèi)。進(jìn)入到MOSFET的能耗可以使用以下公式計(jì)算ED=12LI2xVclampVclamp-Vcc]]>其中，L是電感負(fù)載(未顯示)，I是由電感負(fù)載產(chǎn)生的電流，Vclamp是鉗位電壓，以及Vcc是電源。
因此，Vclamp應(yīng)被選擇為使得ED小于耗散進(jìn)入MOSFET器件的最大允許能量。
利用該雙極型晶體管302的連接到一起的發(fā)射極308和基極309，該雙極型晶體管302作為用于施加到集電極307的電壓的絕緣體，該電壓小于預(yù)定電壓。然而，如果集電極或基極電壓超出預(yù)定電壓(也就是鉗位電壓)，雙極型晶體管302開(kāi)始從集電極307導(dǎo)通到發(fā)射極308。基極309利用電阻電氣連接到發(fā)射極308，該電阻可以由例如擴(kuò)散金屬氧化物或鎮(zhèn)流器(ballast)形成。
雙極型晶體管302的擊穿電壓(也就是鉗位電壓)利用在集電極307和基極309之間的距離來(lái)確定，這里增加該距離導(dǎo)致增大擊穿電壓?？蛇x擇地，雙極型晶體管302的擊穿電壓也可以由集電極和基極的摻雜濃度來(lái)確定。因此，由雙極型晶體管302提供的鉗位電壓可以通過(guò)選擇在雙極型晶體管302的集電極307和基極309之間的合適距離來(lái)精確地選擇。
除了圖3的開(kāi)關(guān)裝置300，可以預(yù)見(jiàn)到，柵極電壓可以利用如圖4中所述的第二雙極型晶體管裝置400來(lái)鉗位。在圖4的晶體管裝置400中，晶體管402是和圖3的晶體管302相同的。然而，連接在MOSFET器件401的柵極405和源極406之間的是第二雙極型晶體管412，在這里第二雙極型晶體管412的集電極417電氣連接到MOSFET器件401的柵極405。發(fā)射極418電氣連接到第二雙極型晶體管412的基極419。
晶體管412布置為提供電壓鉗位，以防止超出MOSFET器件401的最大柵源電壓。第一個(gè)例子是當(dāng)達(dá)到晶體管402限定的漏端406和柵端405之間的電壓鉗位時(shí)。則電流能夠從晶體管402通過(guò)電阻路徑流到源極404，從而創(chuàng)建在柵端405和源端406之間的電壓降。
第二個(gè)例子是當(dāng)靜電放電(ESD)施加到LDMOS的漏端406時(shí)。
這里，瞬時(shí)電流能夠流過(guò)固有漏柵電容，以及創(chuàng)建在柵端405和源端406之間的電壓降。
在以上的兩個(gè)例子中，雙極型晶體管412在漏極上的任何應(yīng)力期間鉗位柵端405和源端406之間的電壓，因?yàn)槠湮找徊糠帜芰俊Ｌ貏e地，能量被耗散通過(guò)鉗位結(jié)構(gòu)和MOSFET器件401。
所述的第二雙極型晶體管412是NPN器件。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道的，可以使用PNP器件。晶體管402可以以和晶體管30相同的方式集成到MOSFET中。
以之前描述的用于使用晶體管402鉗位在漏極和柵極之間的電壓的相同的方法，在柵極和源極之間的鉗位電壓也可以使用第二雙極型晶體管412來(lái)控制。
雖然圖3和圖4顯示了單個(gè)MOSFET器件，典型地，為了達(dá)到需要的功率電平，將使用多個(gè)MOSFET指，其中如前所述起到電壓鉗位的作用的單個(gè)雙極型晶體管，可以用來(lái)支持許多MOSFET指。
通過(guò)說(shuō)明，以及參考圖5，將參考在MOSFET器件301的接通和斷開(kāi)期間在電壓和電流中的變化，來(lái)描述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置300的操作，這里雙極型晶體管302具有A1的擊穿電壓。
此外，雖然雙極型晶體管302、402和412可以形成連接到MOSFET器件301、401的分離元件，預(yù)見(jiàn)到雙極型晶體管302、402和412可以從形成MOSFET器件的相同集成電路芯片形成，如在圖5、圖6和圖7中所述的。
圖5顯示了單個(gè)集成電路芯片500，其上形成有MOSFET器件301、401，以及如前所述構(gòu)造的雙極型晶體管302、402、412。
集成電路芯片500由N-埋層501、集電極N-區(qū)502和漏極N-區(qū)503協(xié)同形成，在該漏極N-區(qū)503中形成有N+阱區(qū)504。特別地，在漏極下面的N-區(qū)不接觸N-埋層501。這樣的布置使得如果EPI層是N摻雜，則發(fā)明概念可以用在絕緣LDMOS實(shí)現(xiàn)中，或者，如果EPI層是P摻雜，則發(fā)明概念可以用在非絕緣LDMOS中。位于集成電路主體之上的是多個(gè)柵極區(qū)505，其經(jīng)由絕緣區(qū)506與該集成電路主體絕緣。
N-區(qū)502作為保護(hù)性雙極型晶體管的集電極。
N+阱區(qū)504作為用于MOSFET器件的漏極，該MOSFET器件也就是圖3的MOSFET 301或圖4的MOSFET 401。
夾在N-區(qū)502和N-區(qū)503之間的是兩個(gè)P-區(qū)507、508和第二N-區(qū)509。特別地，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例可以用在NEPI和PEPI布置中。在NEPI布置中，LDMOS不被絕緣，因?yàn)槁O區(qū)N-通過(guò)N-區(qū)連接NBL。而在PEPI布置中，LDMOS被絕緣，因?yàn)槁O區(qū)N-利用P-從NBL分離。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在兩種情況下都成功地操作。
靠近N-區(qū)502的P-區(qū)507具有P+阱區(qū)510，其形成保護(hù)性雙極型晶體管(也就是圖3的晶體管302或圖4的晶體管402和/或412)的基極；還具有N+阱區(qū)511，其形成保護(hù)性雙極型晶體管的發(fā)射極。
N-區(qū)509具有N+阱區(qū)512，其也作為MOSFET器件的漏極。
其他P-區(qū)508具有兩個(gè)N+阱區(qū)513、514和P+阱區(qū)515，它們作為MOSFET器件的源極。
為了構(gòu)造圖3的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置300或圖4的可選擇半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置400，柵極區(qū)505經(jīng)由第一導(dǎo)電條電氣連接到P+阱區(qū)510和N+阱區(qū)511，該P(yáng)+阱區(qū)510和N+阱區(qū)511分別形成基極和發(fā)射極；而N-區(qū)503、509經(jīng)由第二導(dǎo)電條連接到N+阱區(qū)504和512，該N+阱區(qū)504和512形成漏極。
可以預(yù)見(jiàn)到，用于接觸雙極型晶體管的基極的P+摻雜510可以布置在集電極區(qū)502和N+發(fā)射極區(qū)511之間，如在圖5中所示。
現(xiàn)在參考圖6，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例描述了在硅上實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)600的可選擇剖視圖。在半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)600中，可以預(yù)見(jiàn)到，用于接觸雙極型晶體管的發(fā)射極的N+摻雜511可以布置在集電極區(qū)502和P+基極區(qū)510之間。
現(xiàn)在參考圖7，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，描述了在硅上實(shí)現(xiàn)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)700的又一可選擇剖視圖。在半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)700中，預(yù)見(jiàn)到兩個(gè)P+區(qū)510和516可以位于發(fā)射極511的兩側(cè)。
在圖8中所示的第一波形800描述了通過(guò)電感負(fù)載303和MOSFET器件301的電流。在圖8中所示的第二波形801描述了在MOSFET器件301兩端之間的電壓。在圖8中所示的第三波形802描述了施加到半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置300的控制電壓。在圖8中所示的第四波形803描述了施加到MOSFET器件301的柵極305的電壓。
在時(shí)刻T1處，如在第三波形802中所示，控制信號(hào)變高，導(dǎo)致施加到MOSFET器件301的柵極305的電壓變高，從而導(dǎo)致在MOSFET器件301兩端之間的電壓變低以及負(fù)載電流變高。
在時(shí)刻T2處，控制信號(hào)變低，導(dǎo)致施加到MOSFET器件301的柵極305的電壓變低，從而導(dǎo)致在MOSFET器件301兩端之間的電壓變高，以及負(fù)載電流開(kāi)始降低。
在時(shí)刻T2和T3之間的負(fù)載電流的降低導(dǎo)致MOSFET器件301兩端之間的電壓的增加，如果不制止，該電壓可以達(dá)到比Vcc高很多倍的值，以及導(dǎo)致對(duì)于MOSFET器件301的損害。
在時(shí)刻T3處，在MOSFET器件301兩端之間的電壓達(dá)到雙極型晶體管302的擊穿電壓A1。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，電流將從MOSFET器件301的負(fù)載側(cè)通過(guò)雙極型晶體管302流到MOSFET器件301的柵極305，導(dǎo)致施加到MOSFET器件301的柵極305的電壓增加，如在第四波形803中所示的。在這樣的情況下，圖4中所述的雙極型晶體管412在時(shí)刻T3和T4之間鉗位在柵極端和源極端之間的電壓。
在時(shí)刻T3處，流到MOSFET柵極305的電流導(dǎo)致MOSFET器件301接通，允許在T3和T4之間的時(shí)期期間讓存儲(chǔ)在電感負(fù)載303中的能量流過(guò)MOSFET器件301。
在時(shí)刻T4處，擊穿電壓變得低于A1，導(dǎo)致雙極型晶體管302停止導(dǎo)通，導(dǎo)致MOSFET器件301的柵極305的電壓下降以及負(fù)載電流降低到零。
基于與以上所述的類(lèi)似的過(guò)程，雙極還可以通過(guò)當(dāng)ESD脈沖導(dǎo)致在半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)300的兩端形成等于雙極型晶體管302的擊穿電壓的電壓時(shí)允許MOSFET器件301接通，來(lái)提供免于ESD脈沖的保護(hù)。
此外，對(duì)于ESD脈沖，如果控制阻抗(也就是在功率MOSFET的柵極和源極之間的阻抗)很低的話，放電電流可以流過(guò)鉗位和低電阻達(dá)到地面。
將知道，如上所述的實(shí)現(xiàn)發(fā)明概念的前述裝置，意圖提供以下優(yōu)點(diǎn)的至少一項(xiàng)或多項(xiàng)(i)雙極型晶體管裝置被布置為在任何ESD期間在第一操作模式下作為雙極型晶體管，以及在第二操作模式下作為用于其他應(yīng)力相關(guān)情況的二極管。
(ii)本發(fā)明概念提供一種雙極型晶體管器件，其保護(hù)MOS裝置，例如LDMOS裝置，免于ESD，也就是保護(hù)其免于比如在小于1微秒內(nèi)幾安培的功率波動(dòng)；(iii)本發(fā)明概念提供一種完全集成的解決方案，需要低硅區(qū)域來(lái)保護(hù)MOS器件免于能量釋放和靜電放電；
(iv)本發(fā)明概念描述了一種解決方案，其允許MOSFET器件中的能量被耗散，同時(shí)用于保護(hù)MOSFET的鉗能夠維持一些能量應(yīng)力。這樣，系統(tǒng)的能量性能和ESD魯棒性被充分優(yōu)化。
盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，很清楚本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地采用在所附權(quán)利要求的范圍中的這些實(shí)現(xiàn)的進(jìn)一步變化和修改。
因此，描述了一種半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置和電子設(shè)備以減輕現(xiàn)有技術(shù)的裝置和設(shè)備的上述缺點(diǎn)。
權(quán)利要求書(shū)(按照條約第19條的修改)(根據(jù)PCT條約第19條的修改)1.一種半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其包括形成在單個(gè)集成電路芯片中的雙極型晶體管(302)和半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)(301)，其具有輸入節(jié)點(diǎn)(306)、輸出節(jié)點(diǎn)(304)和控制節(jié)點(diǎn)(305)，用于允許在輸入節(jié)點(diǎn)(306)和輸出節(jié)點(diǎn)(307)之間形成電流路徑，其特征在于雙極型晶體管(302)連接在輸入節(jié)點(diǎn)(306)和控制節(jié)點(diǎn)(305)之間，這樣當(dāng)接收到靜電放電脈沖時(shí)，該雙極型晶體管(302)允許電流從輸入節(jié)點(diǎn)(306)流到控制節(jié)點(diǎn)(305)；以及當(dāng)在輸入節(jié)點(diǎn)(306)處超出預(yù)定電壓時(shí)，允許所述控制節(jié)點(diǎn)(305)使電流從輸入節(jié)點(diǎn)(306)流到輸出節(jié)點(diǎn)(307)，其中所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)的特征在于所述單個(gè)集成電路芯片包括N-埋層(501)和在所述半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)(301)的漏極下面的N-區(qū)，該N-區(qū)被布置為不與所述N-埋層(501)接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所接收到的ESD脈沖導(dǎo)致在所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)300的兩端形成等于所述雙極型晶體管(302)的鉗位電壓，從而接通所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(301)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述雙極型晶體管(301)操作作為二極管，直到響應(yīng)接收所述靜電放電脈沖的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，其被布置為操作作為雙極型晶體管。
4.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(301)是MOSFET器件，其中所述輸入節(jié)點(diǎn)(306)是漏極節(jié)點(diǎn)，所述控制節(jié)點(diǎn)(305)是柵極節(jié)點(diǎn)，以及所述輸出節(jié)點(diǎn)(307)是源極節(jié)點(diǎn)。
5.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述雙極型晶體管(302)的基極(308)和發(fā)射極(309)電氣連接到所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(301)的控制節(jié)點(diǎn)(305)，所述雙極型晶體管(302)的集電極(307)電氣連接到所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(301)的輸入節(jié)點(diǎn)(306)。
6.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置，其中所述雙極型晶體管(302)是NPN晶體管。
7.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)(301)的柵極電壓利用第二雙極型晶體管裝置(412)進(jìn)行鉗位。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述第二雙極型晶體管裝置(412)的集電極(417)電氣連接到所述半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)(301)的柵極(405)。
9.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置，其中所述半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)(301)是LDMOS器件。
10.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中P+摻雜(510)用于接觸所述雙極型晶體管(302)的基極。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述雙極型晶體管(302)的P+摻雜基極(510)位于所述雙極型晶體管(302)的集電極區(qū)(502)和N+發(fā)射極區(qū)(511)之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中N+摻雜(511)用于接觸所述雙極型晶體管(302)的發(fā)射極，該發(fā)射極位于N-集電極區(qū)(502)和P+基極區(qū)(510)之間。
13.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述雙極型晶體管(302)的柵極的P+區(qū)(510，516)位于所述發(fā)射極(511)的兩側(cè)。
14.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)被布置為通過(guò)施加到所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(301)的控制節(jié)點(diǎn)(305)的控制信號(hào)，來(lái)控制電流流過(guò)負(fù)載(303)，其中，如果在所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(301)的輸入節(jié)點(diǎn)(306)處形成超出預(yù)定電壓的電壓，則從輸入節(jié)點(diǎn)(306)流到控制節(jié)點(diǎn)(305)的電流導(dǎo)致由負(fù)載(303)產(chǎn)生的電流從所述輸入節(jié)點(diǎn)(306)流到所述輸出節(jié)點(diǎn)(307)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其包括雙極型晶體管(302)和半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)(301)，其具有輸入節(jié)點(diǎn)(306)、輸出節(jié)點(diǎn)(304)和控制節(jié)點(diǎn)(305)，用于允許在輸入節(jié)點(diǎn)(306)和輸出節(jié)點(diǎn)(307)之間形成電流路徑，其特征在于雙極型晶體管(302)連接在輸入節(jié)點(diǎn)(306)和控制節(jié)點(diǎn)(305)之間，這樣當(dāng)接收到靜電放電脈沖時(shí)，該雙極型晶體管(302)允許電流從輸入節(jié)點(diǎn)(306)流到控制節(jié)點(diǎn)(305)；以及當(dāng)在輸入節(jié)點(diǎn)(306)處超出預(yù)定電壓時(shí)，允許所述控制節(jié)點(diǎn)(305)使電流從輸入節(jié)點(diǎn)(306)流到輸出節(jié)點(diǎn)(307)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中，當(dāng)ESD脈沖導(dǎo)致在半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)300的兩端形成等于所述雙極型晶體管(302)的鉗位電壓的電壓時(shí)，所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(301)被接通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述雙極型晶體管(301)當(dāng)所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)接收到靜電放電時(shí)在第一操作模式期間操作作為雙極型晶體管，而在第二操作模式期間操作作為二極管。
4.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(301)是MOSFET器件，其中所述輸入節(jié)點(diǎn)(306)是漏極節(jié)點(diǎn)，所述控制節(jié)點(diǎn)(305)是柵極節(jié)點(diǎn)，以及所述輸出節(jié)點(diǎn)(307)是源極節(jié)點(diǎn)。
5.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述雙極型晶體管(302)的基極(308)和發(fā)射極(309)電氣連接到所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(301)的控制節(jié)點(diǎn)(305)，所述雙極型晶體管(302)的集電極(307)電氣連接到所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(301)的輸入節(jié)點(diǎn)(306)。
6.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(301)和所述雙極型晶體管(302)形成在單個(gè)集成電路芯片中。
7.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置，其中所述雙極型晶體管(302)是NPN晶體管。
8.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)(301)的柵極電壓利用第二雙極型晶體管裝置(412)進(jìn)行鉗位。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述第二雙極型晶體管裝置(412)的集電極(417)電氣連接到所述半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)(301)的柵極(405)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置，其中所述單個(gè)集成電路芯片包括N-埋層(501)，所述半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)(301)的漏極下面的N-區(qū)布置為不與所述N-埋層(501)接觸。
11.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置，其中所述半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)(301)是LDMOS器件。
12.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中P+摻雜(510)用于接觸所述雙極型晶體管(302)的基極。
13.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述雙極型晶體管(302)的P+摻雜基極(510)位于所述雙極型晶體管(302)的集電極區(qū)(502)和N+發(fā)射極區(qū)(511)之間。
14.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中N+摻雜(511)用于接觸所述雙極型晶體管(302)的發(fā)射極，該發(fā)射極位于N-集電極區(qū)(502)和P+基極區(qū)(510)之間。
15.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述雙極型晶體管(302)的柵極的P+區(qū)(510，516)位于所述發(fā)射極(511)的兩側(cè)。
16.根據(jù)之前任何權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其中所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)被布置為通過(guò)施加到所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(301)的控制節(jié)點(diǎn)(305)的控制信號(hào)，來(lái)控制電流流過(guò)負(fù)載(303)，其中，如果在所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(301)的輸入節(jié)點(diǎn)(306)處形成超出預(yù)定電壓的電壓，則從輸入節(jié)點(diǎn)(306)流到控制節(jié)點(diǎn)(305)的電流導(dǎo)致由負(fù)載(303)產(chǎn)生的電流從所述輸入節(jié)點(diǎn)(306)流到所述輸出節(jié)點(diǎn)(307)。
全文摘要
一種半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置(300)，其包括雙極型晶體管(302)和半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)(301)，其具有輸入節(jié)點(diǎn)(306)、輸出節(jié)點(diǎn)(304)和控制節(jié)點(diǎn)(305)，該控制節(jié)點(diǎn)(305)用于允許在所述輸入節(jié)點(diǎn)(306)和輸出節(jié)點(diǎn)(307)之間形成電流路徑。雙極型晶體管(302)連接在輸入節(jié)點(diǎn)(306)和控制節(jié)點(diǎn)(305)之間，這樣當(dāng)接收到靜電放電脈沖時(shí)，所述雙極型晶體管(302)允許電流從輸入節(jié)點(diǎn)(306)流到控制節(jié)點(diǎn)(305)，而當(dāng)在輸入節(jié)點(diǎn)(306)處超出預(yù)定電壓時(shí)，則雙極型晶體管(302)允許控制節(jié)點(diǎn)(305)使電流從輸入節(jié)點(diǎn)(306)流到輸出節(jié)點(diǎn)(307)。因此，所述雙極型晶體管器件保護(hù)了例如LDMOS的所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件免于ESD，也就是保護(hù)其免于比如在小于1微秒內(nèi)幾安培的功率波動(dòng)。
文檔編號(hào)H03K17/082GK101019319SQ200580026543
公開(kāi)日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2005年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月3日
發(fā)明者米歇爾·齊克里, 盧卡·貝爾托利尼, 帕特里斯·貝塞, 瑪麗斯·巴夫盧爾, 尼古拉斯·諾希爾 申請(qǐng)人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司, 法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心