專利名稱：用于防止半導(dǎo)體電路中的雙極寄生激活的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體器件和方法并且更具體地涉及一種用于防止半導(dǎo)體電路中的寄生雙極激活的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電子工業(yè)面臨的一個(gè)共同和正在進(jìn)行的問題是保護(hù)電路部件免受靜電放電 (ESD)0 一般地，ESD是由直接接觸引起或者由靜電場(chǎng)誘導(dǎo)的在處于不同靜電電勢(shì)或者電壓的本體之間的靜電電荷傳送。具體而言，集成電路由于它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和幾何特征已變得更小而已變得更容易因ESD損壞或者破壞。ESD的管理和防止在如下工業(yè)和汽車環(huán)境中尤其具有挑戰(zhàn)性，在這些環(huán)境中高電壓電路司空見慣并且馬達(dá)、機(jī)器和其它感應(yīng)電路的操作可能生成大量電力線擾動(dòng)。為了有助于設(shè)計(jì)可以在這樣的環(huán)境中操作的電路，比如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)這樣的組織已開發(fā)對(duì)這樣的電路應(yīng)當(dāng)耐受的電環(huán)境類型進(jìn)行概括的標(biāo)準(zhǔn)。這樣的標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)例子是標(biāo)題為“Road vehicles — Test methods for electrical disturbances from electrostatic discharge”的 ISO 10605:2008。圖 I 圖示了 ISO 10605定義的如下負(fù)測(cè)試脈沖，該脈沖代表在汽車環(huán)境內(nèi)由感應(yīng)開關(guān)引起的可能電力線擾動(dòng)。這里，測(cè)試脈沖始于約12V的標(biāo)稱電池電壓UA。測(cè)試脈沖減少至零伏特，然后從零伏特轉(zhuǎn)變至-75V至-100V之間，其中10%至90%上升時(shí)間(t,)約為I μ S。如果應(yīng)用于系統(tǒng)電源電壓，則這一測(cè)試脈沖代表耦合到電源的任何部件的極性和電源電壓的很快改變。為了讓電路耐受這樣的脈沖，片上及片外ESD、箝位和ISO結(jié)構(gòu)用來保護(hù)電路。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體器件具有第一半導(dǎo)體類型的半導(dǎo)體本體；第二半導(dǎo)體類型的第一區(qū)域，設(shè)置于半導(dǎo)體本體中；以及第一半導(dǎo)體類型的第二區(qū)域，設(shè)置于第一區(qū)域內(nèi)，其中第二半導(dǎo)體類型與第一半導(dǎo)體類型相反，并且其中在第一區(qū)域與半導(dǎo)體本體之間的界面形成第一二極管結(jié)。半導(dǎo)體器件也具有比較器，具有耦合到半導(dǎo)體本體的第一輸入和耦合到第一區(qū)域的第二輸入；以及開關(guān)，具有耦合到第一區(qū)域的第一輸出節(jié)點(diǎn)和耦合到半導(dǎo)體本體的第二輸出節(jié)點(diǎn)。半導(dǎo)體本體、第一區(qū)域和第二區(qū)域被配置成分別耦合到第一電源電壓、第二電源電壓和第三電源電壓。在下面的附圖和描述中闡述本發(fā)明的一個(gè)或者多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。根據(jù)描述和附圖以及根據(jù)權(quán)利要求，將清楚本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)。


為了更完整理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參照與附圖結(jié)合進(jìn)行的以下描述，在所述附圖中
圖I圖示了負(fù)ISO脈沖；圖2圖示了實(shí)施例集成電路的橫截面；
圖3圖示了實(shí)施例高側(cè)驅(qū)動(dòng)器集成電路；
圖4圖示了實(shí)施例ESD器件；
圖5圖示了實(shí)施例ESD結(jié)構(gòu)；
圖6圖示了實(shí)施例襯底開關(guān)比較器和襯底開關(guān)；
圖7圖示了另一實(shí)施例襯底開關(guān)比較器和襯底開關(guān)；
圖8圖示了示出實(shí)施例ESD器件的性能的波形；
圖9圖示了實(shí)施例照明系統(tǒng)；并且圖10圖示了實(shí)施例比較器和襯底箝位電路。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)討論當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)和使用。然而應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明提供可以在廣泛多種具體背景中體現(xiàn)的許多可適用發(fā)明概念。討論的具體實(shí)施例僅說明用于實(shí)現(xiàn)和使用本發(fā)明的具體方式而非限制本發(fā)明的范圍。將在具體背景(即防止η型襯底技術(shù)中的雙極寄生激活)中關(guān)于優(yōu)選實(shí)施例描述本發(fā)明。然而本發(fā)明也可以應(yīng)用于在使用其它襯底類型(比如P型襯底)的其它半導(dǎo)體技術(shù)中提供ESD、鎖閉(Iatch-UP)和ISO脈沖保護(hù)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，通過感測(cè)激活條件并且在感測(cè)到激活條件時(shí)將寄生雙極晶體管的基極和發(fā)射極耦合在一起來防止從寄生雙極晶體管的集電極向發(fā)射極的電流流動(dòng)。 在其中η型襯底通常耦合到電池電源的實(shí)施例中，接地連接通常耦合到P型隔離區(qū)域，并且數(shù)字電源通常耦合到P型隔離區(qū)域內(nèi)的η阱，當(dāng)電池電源電壓減少至迫近接地連接電壓的點(diǎn)時(shí)感測(cè)到激活條件。圖2圖示了實(shí)施例集成電路的橫截面200，該集成電路具有η型外延層204形成于其上的η型襯底202。在實(shí)施例中，經(jīng)由VBB管腳向襯底202施加電池電壓。在實(shí)施例中， VBB管腳偏置成在約IlV至約14V之間，然而在替代實(shí)施例中，可以根據(jù)具體實(shí)施例及其規(guī)格來使用其它電壓。P型隔離阱206用η外延層204形成并且通常經(jīng)由管腳GND和ρ+阱接觸218而耦合到接地電壓。在實(shí)施例中，數(shù)字電路包含于在ρ型隔離區(qū)域206內(nèi)形成的ρ 阱區(qū)域208和η阱區(qū)域210內(nèi)。管腳VDD被配置成耦合到具有例如3. 3V或者5V電壓的數(shù)字電源，然而可以在其它實(shí)施例中使用其它電源電壓。替代地，其它類型的電路(比如模擬電路)可以形成于這些阱區(qū)域內(nèi)。在實(shí)施例中，η阱210經(jīng)由η+接觸214耦合到VDD電壓。 在使用CMOS工藝的實(shí)施例中，使用本領(lǐng)域中已知的技術(shù)，NMOS器件232形成于ρ阱208中而PMOS器件234形成于η阱210中。因而其它器件比如電容器、電阻器和其它晶體管類型 (比如雙極晶體管和JFET)也可以形成于ρ阱208和η阱210中。應(yīng)當(dāng)明白，替代實(shí)施例可以使用替代結(jié)構(gòu)。例如在一些實(shí)施例中，外延層可以省略。在實(shí)施例中，由于特定半導(dǎo)體層和器件對(duì)接的方式而形成寄生雙極器件Ql、Q2和 Q3。寄生雙極器件Ql具有ρ型隔離區(qū)域206形成的基極、η外延204形成的發(fā)射極和η阱 210形成的集電極；寄生雙極器件Q2具有ρ型隔離區(qū)域206形成的基極、η外延204形成的發(fā)射極和η+漏極區(qū)域216形成的集電極；而寄生PNP雙極器件Q3具有η阱210形成的基極、P+源極/漏極擴(kuò)散202和215形成的發(fā)射極以及ρ型隔離阱206形成的集電極。在ρ型隔離阱206與η外延204之間的界面由結(jié)二極管Dl代表。在未應(yīng)用ESD和/或ISO脈沖保護(hù)的情況下，如果在VBB的電壓偏置成在管腳GND 的電壓以下，則寄生雙極器件Ql和Q2的基極-發(fā)射極結(jié)變成正向偏置，并且寄生雙極晶體管Ql和Q2接通。在一些情況下，明顯的電流可以從VDD管腳流向VBB管腳。另外，在寄生雙極晶體管Ql和Q2接通時(shí)，拉低寄生雙極晶體管Q3的基極，由此將晶體管Ql和Q2的基極進(jìn)一步上拉至VDD并且使寄生雙極晶體管鎖閉。在一個(gè)實(shí)施例中，如下面進(jìn)一步討論的那樣，電流限制電阻器可以與VBB管腳和 VDD管腳串聯(lián)放置以在二極管Dl變成正向偏置時(shí)防止破壞性大電流流過寄生雙極晶體管 Ql和Q2。在一些情形中，即使利用電流限制電阻器，在VBB的負(fù)脈沖仍然將在位于ρ阱208 和η阱210內(nèi)的電路內(nèi)引起擾動(dòng)。這樣的擾動(dòng)例如可能使邏輯電路改變它們的狀態(tài)或者擾動(dòng)設(shè)置于ρ阱208和η阱210內(nèi)的模擬電路的狀態(tài)。在一些實(shí)施例中，改變這樣的模擬或者數(shù)字狀態(tài)可能在目標(biāo)應(yīng)用中弓I起無規(guī)則和不可預(yù)測(cè)的行為。在實(shí)施例中，比較器222感測(cè)可以激活雙極器件Ql和Q2的條件開始。當(dāng)比較器 222感測(cè)到在VBB的電壓將要變成在接地以下時(shí)，比較器222激活耦合于接地管腳GND與電池管腳VBB之間的開關(guān)。在所圖示的實(shí)施例中，使用DMOS器件220來實(shí)施這一開關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，DMOS器件220為溝槽型器件，然而在替代實(shí)施例中，可以使用其它功率MOSFET 類型(比如平面DMOS)或者其它非功率MOSFET器件類型，比如高電壓NMOS器件。在實(shí)施例中，DMOS器件具有耦合到接地的η+源極224、在溝槽230中的柵極材料、ρ本體226和漏極區(qū)域228。二極管D2代表在短接至η+源極224的ρ本體226與具有η外延204和η型襯底202的η型漏極區(qū)域228之間形成的二極管結(jié)。當(dāng)激活DMOS器件220時(shí)，在GND與VBB 之間產(chǎn)生低阻抗路徑。這一低阻抗路徑防止寄生雙極器件Ql和Q2的基極-發(fā)射極結(jié)變成明顯正向偏置。在一個(gè)實(shí)施例中，這一正向偏置限于在約OmV與300mV之間。替代地,這一正向偏置可以限于不同電壓范圍。在實(shí)施例中，比較器222的閾值設(shè)置成小的正電壓(例如約300mV或者在20mV與 40mV之間)以便保證激活比較器222快到足以防止晶體管Ql和Q2接通。替代地，比較器 222的閾值可以設(shè)置成零電壓或者其它電壓電平。圖3圖示了高側(cè)驅(qū)動(dòng)器集成電路(IC)300。在實(shí)施例中，燈驅(qū)動(dòng)器300具有配置成例如將負(fù)載306連接到電池電壓VBB的輸出功率管腳304。邏輯輸入管腳302被配置成控制IC 300的狀態(tài)和輸出功率管腳304的狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，負(fù)載306為燈。然而高側(cè)驅(qū)動(dòng)器IC 300也可以用來驅(qū)動(dòng)其它類型的負(fù)載，包括但不限于馬達(dá)線圈、螺線管和開關(guān)式電源。在實(shí)施例中，電阻器Rvdd與管腳VDD串聯(lián)放置而電阻器Rrail與管腳GND串聯(lián)放置以便如果二極管Dl (圖2)變成正向偏置則限制電流。在實(shí)施例中，Rvdd約為500 Ω而R_約為 100 Ω，然而可以在其它實(shí)施例中使用其它替代值。電容器Cvdd是耦合于VDD管腳與GND管腳之間的去耦合電容器。在實(shí)施例中，VDD偏置成在GND以上的約5V，而VBB偏置成在GND 以上的約12V。替代地，VDD可以偏置成其它電壓，并且VBB具有在一些實(shí)施例中上至約50V 至60V以及在其它實(shí)施例中甚至更高的操作電壓。圖4圖示了高側(cè)驅(qū)動(dòng)器IC 300內(nèi)的實(shí)施例ESD器件。在實(shí)施例中，齊納二極管 DZl和DZ2以及內(nèi)部電阻器Rs對(duì)電源VDD進(jìn)行箝位并且提供電流限制。在一個(gè)實(shí)施例中， DZl和DZ2的齊納電壓約為7伏特，而電阻器Rs約為100歐姆。替代地，可以使用其它齊納電壓和電阻器值。比較器322比較在VBB的電壓與GND并且如果比較器322的負(fù)端子變成在正端子以下則激活ESD箝位DMOS器件326。在一個(gè)實(shí)施例中，DMOS器件326是具有在約 2V與約3V之間的閾值的增強(qiáng)器件。替代地，可以使用其它器件類型和其它閾值。在一些實(shí)施例中，引入偏移328以保證DMOS器件在VBB明顯變成在GND以下之前接通。如上面討論的那樣，這一偏移可以在約20mV與40mV之間或者具有在這一范圍以外的值。在實(shí)施例中， 箝位齊納二極管DZ3為DMOS器件326提供保護(hù)。二極管D4為晶體管326的體二極管。在一個(gè)實(shí)施例中，DZ3的齊納電壓約為45伏特，而電流源324的偏置電流約為100 μ A。在替代實(shí)施例中，可以使用其它齊納電壓和偏置電流。在實(shí)施例中，電阻器Rvdd在GND電壓高于VDD電壓的情況下限制經(jīng)過ESD保護(hù)結(jié)構(gòu)的二極管DZl的電流。這可以例如出現(xiàn)于反向極性情形、接地電壓移位或者負(fù)向ESD脈沖中。圖5圖示了如何在負(fù)電壓條件存在于管腳VBB上時(shí)即當(dāng)VBB采用(assume)在接地以下的電壓時(shí)實(shí)施例ESD結(jié)構(gòu)360與模擬功率域362、數(shù)字功率域364以及寄生雙極器件 QA、QB、QC和QD交互。這里，在模擬和數(shù)字域362和364中的PMOS器件中的體連接形成寄生雙極器件的集電極。在實(shí)施例中，可以通過在電源管腳上施加外部電壓或者通過在VBB 施加負(fù)脈沖(比如圖I中所示的ISO脈沖I)來產(chǎn)生這一負(fù)電壓條件。在圖示的例子中，向VDD施加5V而向VBB施加-IV。如果VBB和GND未經(jīng)由實(shí)施例開關(guān)耦合在一起，則在P型隔離區(qū)域與η型襯底之間的結(jié)二極管以及寄生雙極器件QA、 QB、QC和QD的基極發(fā)射極結(jié)變成正向偏置，從而將GND管腳保持于O. 3V或者在VBB以上的一個(gè)二極管電壓。如上面所討論的那樣，寄生雙極器件的明顯正向偏置的基極發(fā)射極結(jié)可以使電流流過寄生雙極器件的集電極。在負(fù)向ESD ISO脈沖的情況下，流過寄生雙極晶體管QA、QB、QC和QD的電流在Rvdd上和在Rs上引起電壓降。在一些情況下，這一電壓降可以對(duì)于20mA至40mA的集電極而言在約IV與約2V之間并且可能引起模擬和數(shù)字域362和 364內(nèi)的邏輯狀態(tài)損失和變壞(corruption)。在一些實(shí)施例中，這一電壓降也可能例如在上電復(fù)位電路中引起將片上邏輯復(fù)位成初始邏輯狀態(tài)的復(fù)位條件。在這樣的情況下，不能在負(fù)ISO脈沖期間正確操作器件。另外，由于數(shù)字部分的存儲(chǔ)器元件復(fù)位，所以也在ISO脈沖之后影響IC的功能。圖6圖示了實(shí)施例襯底開關(guān)比較器402和開關(guān)404。在實(shí)施例中，比較器402在 VDD與GND之間偏置并且比較在電池VBB管腳的電壓與在GND管腳的電壓。如果VBB電壓例如比GND高30mV，則激活開關(guān)404。在另外的實(shí)施例中，可以使用不同電壓偏移。例如在一些實(shí)施例中，這些電壓偏移可以在20mV與40mV之間，而在其它實(shí)施例中，可以使用在這一范圍以外的其它偏移電壓。在負(fù)ISO脈沖的情況下，比較器在VBB電壓進(jìn)入負(fù)域之前作出反應(yīng)，由此防止激活NPN寄生晶體管QP。在實(shí)施例中，開關(guān)404的尺寸制成使得在ISO脈沖期間流過開關(guān)404的動(dòng)態(tài)電流具有低于20-300mV的電壓降，從而寄生NPN晶體管QP的基極-發(fā)射極電壓低到足以使從VDD向VBB的電流流動(dòng)可忽略不計(jì)(例如少于1mA)。應(yīng)當(dāng)明白，由于在VBB處的負(fù)向脈沖期間在寄生晶體管QP中有可忽略不計(jì)的電流，所以也有經(jīng)過電阻器Rvdd和R (圖5)的可忽略不計(jì)的電流。照此，維持用于模擬域362和數(shù)字域364 的標(biāo)稱操作電壓，并且在這些域內(nèi)的電路能夠維持它們的狀態(tài)。在實(shí)施例中，使用本領(lǐng)域中已知的比較器結(jié)構(gòu)來實(shí)施比較器402。在一個(gè)實(shí)施例中，比較器402是使用NMOS耗盡模式晶體管的差分輸入對(duì)。替代地，可以使用其它例如使用PMOS器件的輸入結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置比較器402的速度使得開關(guān)晶體管的柵極在IOOns內(nèi)充電。在一些實(shí)施例中，比較器402采用滯后。圖7圖示了另一實(shí)施例襯底開關(guān)比較器402和開關(guān)，其中開關(guān)404 (圖6)由DMOS 器件410實(shí)施。在實(shí)施例中，齊納二極管DZ3保護(hù)DMOS 410免受過電壓條件。電流源412 在正常操作期間下拉410的柵極以防止激活襯底開關(guān)。在實(shí)施例中，DMOS器件410大到足以在負(fù)向ESD ISO脈沖期間維持少于約200-300mV的電壓降。在一個(gè)實(shí)施例中，器件的尺寸在約O. I平方毫米與約O. 2平方毫米之間。在替代實(shí)施例中，器件的尺寸根據(jù)特定實(shí)施例及其規(guī)格可以更大或者更小。圖8圖示了如下波形，該波形示出了實(shí)施例保護(hù)器件響應(yīng)于負(fù)ISO脈沖的性能。跡線502代表從IOV減少至-IV的在VBB的電壓。跡線504代表在襯底開關(guān)比較器未激活時(shí)在GND的電壓。在這一情況下可以看到，在VBB (跡線502)與GND (跡線504)之間的電壓差約為O. 7V，這代表其中寄生雙極晶體管導(dǎo)通的情況。另一方面，曲線506代表在其中襯底比較器激活的系統(tǒng)中在GND的電壓。這里，對(duì)于負(fù)VBB電壓而言在GND的電壓比在VBB的電壓大約100mV。在這樣的條件下，寄生雙極晶體管的基極-發(fā)射極電壓將處于約IOOmV, 這低到足以防止寄生雙極晶體管中的明顯集電極電流。圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的例子照明系統(tǒng)600。系統(tǒng)600包括高側(cè)驅(qū)動(dòng)器 IC 604，經(jīng)由二極管630耦合到接地621、耦合到高電壓電源620并且經(jīng)由500Ω電阻器632 耦合到5V邏輯電源623。高側(cè)驅(qū)動(dòng)器IC包括如下的實(shí)施例襯底比較器/DMOS箝位塊615 如果高電壓電源620變成在接地管腳GND的電壓以下，則該塊615防止從VDD管腳向VS管腳的高電流流動(dòng)。襯底比較器塊615根據(jù)上面公開的實(shí)施例操作。二極管630防止反向極性電流流動(dòng)。替代地，除了二極管630之外(例如與二極管630并聯(lián))或者取代二極管630 可以使用電阻器以限制反向電流流動(dòng)。高側(cè)驅(qū)動(dòng)器IC 604也具有驅(qū)動(dòng)燈614的高側(cè)驅(qū)動(dòng)器電路606、串行外圍接口 (SPI >608和可選外部驅(qū)動(dòng)器控制610。外部驅(qū)動(dòng)器控制610耦合到驅(qū)動(dòng)燈616的外部驅(qū)動(dòng)器612。在實(shí)施例中，SPI 608和外部驅(qū)動(dòng)器控制610由5V邏輯電源623供電。微處理器或者微控制器602經(jīng)由SPI 608控制高側(cè)驅(qū)動(dòng)器604。在一些實(shí)施例中，SPI 608向微控制器602回報(bào)系統(tǒng)狀態(tài)和電流測(cè)量。應(yīng)當(dāng)明白，系統(tǒng)600僅為如下系統(tǒng)的一個(gè)例子，該系統(tǒng)使用實(shí)施例襯底比較器/箝位塊來防止由于激活寄生雙極晶體管所致的高電流流動(dòng)。圖10圖示了實(shí)施例比較器和襯底箝位電路700，其具有VBB感測(cè)電路750、比較器 752和襯底開關(guān)754。VBB感測(cè)電路經(jīng)由高電壓增強(qiáng)模式NMOS器件702和耗盡模式NMOS器件730感測(cè)電池電壓VBB。當(dāng)VBB的電壓降至VDD以下時(shí)，器件702在線性區(qū)域中操作，并且節(jié)點(diǎn)VBB_SENSE采用近似VBB的電壓。當(dāng)VBB降至比較器752的閾值以下時(shí)，反相器718 的輸出變高并且經(jīng)由NMOS源極跟隨器720拉高DMOS 726的柵極。襯底開關(guān)電路754具有耗盡模式NMOS下拉晶體管729、齊納二極管724和DMOS晶體管726并且根據(jù)上面描述的實(shí)施例操作。二極管722保護(hù)DMOS晶體管726的柵極免受由于例如通過DMOS晶體管726的柵極-漏極電容的可能電容耦合所致的過電壓。在實(shí)施例中，比較器752由具有如下差分對(duì)輸入級(jí)的兩級(jí)比較器實(shí)施，該差分對(duì)輸入級(jí)具有耗盡模式NMOS晶體管712和710以及PMOS負(fù)載晶體管704和706。用NMOS耗盡模式晶體管714偏置差分對(duì)。驅(qū)動(dòng)反相器718的第二級(jí)具有PMOS晶體管708和耗盡模式偏置晶體管728。在實(shí)施例中，通過使NMOS器件712比NMOS器件710更寬來設(shè)置比較器752閾值的閾值。例如在一個(gè)實(shí)施例中，使NMOS器件712比NMOS器件710大約20%以便偏移閾值電壓。在替代實(shí)施例中，可以使用其它尺寸偏移。在另外的替代實(shí)施例中，例如使用受控電壓源或者通過經(jīng)過電阻器供應(yīng)參考電流而生成的電壓，電壓偏移可以與比較器 752的輸入之一串聯(lián)放置。也可以使用本領(lǐng)域中已知的其它技術(shù)來引入電壓偏移。在實(shí)施例中，使用耗盡模式NMOS器件來實(shí)施NMOS晶體管702、730、712、710、728、 720,728和729。在替代實(shí)施例中，可以使用增強(qiáng)模式NMOS器件、雙極晶體管或者其它器件類型和/或技術(shù)來實(shí)施這些器件中的一些或者所有器件。例如在一個(gè)替代實(shí)施例中，可以使用PMOS輸入級(jí)來實(shí)施比較器752。在一些實(shí)施例中，可以例如使用其它電流源結(jié)構(gòu)、電阻器或者其它器件來實(shí)施偏置晶體管730、714、728。另外，可以使用本領(lǐng)域中已知的其它比較器結(jié)構(gòu)。實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)包括如下能力具有在存在負(fù)向ESD ISO脈沖時(shí)保持工作并且未受寄生電流不利影響的模擬和數(shù)字電路。另外，在防止寄生雙極激活的實(shí)施例中，低電壓模擬和數(shù)字電路在負(fù)向ESD ISO脈沖期間維持它們的操作電壓，由此防止損失數(shù)字和模擬狀態(tài)以及數(shù)字邏輯電路的欠電壓復(fù)位。盡管已參照說明性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本說明書并非旨在理解為限制意義。本領(lǐng)域技術(shù)人員在參照說明書后將清楚說明性實(shí)施例的各種修改和組合以及本發(fā)明的其它實(shí)施例。因此旨在所附權(quán)利要求涵蓋任何這樣的修改或者實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件,包括第一半導(dǎo)體類型的半導(dǎo)體本體，所述半導(dǎo)體本體被配置成耦合到第一電源電壓； 第二半導(dǎo)體類型的第一區(qū)域，設(shè)置于所述半導(dǎo)體本體中，其中所述第二半導(dǎo)體類型與所述第一半導(dǎo)體類型相反，在所述第一區(qū)域與所述半導(dǎo)體本體之間的界面形成第一二極管結(jié)，并且所述第一區(qū)域被配置成耦合到第二電源電壓；所述第一半導(dǎo)體類型的第二區(qū)域，設(shè)置于所述第一區(qū)域內(nèi)，所述第二區(qū)域被配置成耦合到第三電源電壓；比較器，具有耦合到所述半導(dǎo)體本體的第一輸入和耦合到所述第一區(qū)域的第二輸入；以及開關(guān)，具有耦合到所述第一區(qū)域的第一輸出節(jié)點(diǎn)、耦合到所述半導(dǎo)體本體的第二輸出節(jié)點(diǎn)和與所述比較器的輸出耦合的控制節(jié)點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，還包括設(shè)置于所述半導(dǎo)體本體中的有用電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述有用電路包括配置成將輸出節(jié)點(diǎn)耦合到所述第一電源電壓的高側(cè)開關(guān)晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一半導(dǎo)體類型為n型而所述第二半導(dǎo)體類型為P型。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體本體包括n型襯底；所述第一區(qū)域包括P型隔離區(qū)域；并且所述第二區(qū)域包括n阱。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一電源電壓標(biāo)稱為第一正電源電壓；所述第二電源電壓標(biāo)稱為接地電壓；并且所述第三電源電壓標(biāo)稱為正數(shù)字電源電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中所述比較器被配置成在所述第一二極管結(jié)正向偏置時(shí)激活所述開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中所述比較器還被配置成在所述第一二極管結(jié)零偏置時(shí)并且在所述第一二極管結(jié)反向偏置上至第一閾值時(shí)激活所述開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一閾值在約5mV與約25mV之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中所述開關(guān)包括開關(guān)晶體管。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中所述開關(guān)晶體管包括NMOS器件。
12.—種集成電路，包括n型半導(dǎo)體襯底，配置成耦合到第一正電源連接；第一 p型區(qū)域，設(shè)置于所述n型半導(dǎo)體襯底中，所述第一 p型區(qū)域被配置成耦合到接地連接；第二 n型區(qū)域，設(shè)置于所述第一 p型區(qū)域中，所述第二 n型區(qū)域耦合到第二正電源連接;比較器，具有耦合到所述n型半導(dǎo)體襯底的第一輸入和耦合到第一 p型區(qū)域的第二輸入；以及開關(guān)，耦合于所述n型半導(dǎo)體襯底與所述第一 p型區(qū)域之間，所述開關(guān)具有耦合到所述比較器的控制節(jié)點(diǎn)，其中所述比較器被配置成當(dāng)在所述第一輸入與所述第二輸入之間的電壓差降至閾值以下時(shí)激活所述開關(guān)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的集成電路，其中所述閾值在約5mV與約25mV之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的集成電路，其中所述比較器和所述開關(guān)被配置成防止由所述第一P型區(qū)域和所述n型半導(dǎo)體襯底形成的二極管結(jié)變成正向偏置至如下點(diǎn)，該點(diǎn)觸發(fā)寄生雙極晶體管從而引起從所述第二 n型區(qū)域向所述n型半導(dǎo)體襯底的明顯電流流動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的集成電路，還包括配置成將輸出節(jié)點(diǎn)耦合到所述第一電源連接的高側(cè)開關(guān)晶體管。
16.一種為半導(dǎo)體器件提供保護(hù)的方法，所述半導(dǎo)體器件具有第一半導(dǎo)體類型的襯底，耦合到第一電源管腳；第二半導(dǎo)體類型的第一區(qū)域，耦合到第二電源管腳；以及所述第一半導(dǎo)體類型的第三區(qū)域，耦合到第三電源管腳，其中所述第一區(qū)域設(shè)置于所述襯底內(nèi)，所述第二區(qū)域設(shè)置于所述第一區(qū)域內(nèi)，并且所述第二半導(dǎo)體類型與所述第一半導(dǎo)體類型相反，所述方法包括當(dāng)由在所述第一區(qū)域與所述襯底之間的界面形成的第一二極管結(jié)變成正向偏置時(shí)防止在所述第三電源管腳與所述第一電源管腳之間的電流流動(dòng)，防止包括比較在所述第一電源管腳與所述第二電源管腳之間的電壓差與閾值，并且如果所述電壓差從所述閾值的第一側(cè)向所述閾值的第二側(cè)轉(zhuǎn)變，則閉合耦合于所述襯底與所述第一區(qū)域之間的開關(guān)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中測(cè)量所述電壓還包括檢測(cè)所述第一電源管腳上的ESD脈沖。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述ESD脈沖包括ISO脈沖。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述閾值包括所述第一二極管結(jié)反向偏置時(shí)的電壓。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述閾值包括在約5mV與25mV之間所述第一二極管反向偏置時(shí)的電壓。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一半導(dǎo)體類型為n型而所述第二半導(dǎo)體類型為P型。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第一電源管腳包括第一正電源管腳；所述第二電源管腳包括接地管腳；并且所述第三電源管腳包括第二正電源管腳。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中比較包括使用比較器來比較所述電壓差與所述閾值；并且閉合所述開關(guān)包括激活晶體管的控制節(jié)點(diǎn)，所述晶體管具有耦合到所述第一電源管腳的第一輸出節(jié)點(diǎn)和耦合到所述第二電源管腳的第二輸出節(jié)點(diǎn)。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括將第一電阻器與所述第一電源管腳串聯(lián)耦合；并且將第二電阻器與所述第二電源管腳串聯(lián)耦合。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于防止半導(dǎo)體電路中的雙極寄生激活的系統(tǒng)和方法。在實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體器件具有第一半導(dǎo)體類型的半導(dǎo)體本體；第二半導(dǎo)體類型的第一區(qū)域，設(shè)置于半導(dǎo)體本體中；以及第一半導(dǎo)體類型的第二區(qū)域，設(shè)置于第一區(qū)域內(nèi)，其中第二半導(dǎo)體類型與第一半導(dǎo)體類型相反，并且其中在第一區(qū)域與半導(dǎo)體本體之間的界面形成第一二極管結(jié)。半導(dǎo)體器件也具有比較器，具有耦合到半導(dǎo)體本體的第一輸入和耦合到第一區(qū)域的第二輸入；以及開關(guān)，具有耦合到第一區(qū)域的第一輸出節(jié)點(diǎn)和耦合到半導(dǎo)體本體的第二輸出節(jié)點(diǎn)。半導(dǎo)體本體、第一區(qū)域和第二區(qū)域被配置成分別耦合到第一電源電壓、第二電源電壓和第三電源電壓。
文檔編號(hào)H01L27/02GK102593123SQ20121000705
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
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