[发明专利]过电压保护设备及方法

说明书

提供展现一纳秒或更少的时间的打开时间的保护设备。该设备为集成电路提供增强保护，以防静电放电事件。这依次降低在使用中的设备故障的风险。保护设备可包括连接在被保护的节点和放电路径之间的双极晶体管结构。

背景

技术领域

本申请涉及电路以提供具有过压保护的其他组件，诸如静电放电(ESD)和/或电过载(EOS)事件。

背景技术的描述

现代电子依赖于其中在单个封装中提供大量晶体管的集成电路。对于诸如速度的性能，晶体管通常仅设计以在例如几伏和数十千伏之间相对低的电压进行操作。

集成电路经封装以保护它们，但需要通过引腿或引脚或类似结构的方式连接到封装之外的组件。这些可依次连接到在产品上提供的端子、连接器或插座，在所述产品中提供集成电路。因此，即使当集成电路被安装在电路板上，可以进行静电冲击。已知等待放置在电路板上的集成电路特别容易受到静电放电或其它过电压事件。

理想并已知以提供提供过压保护的电路。简单的示例是在被保护的节点和集成电路的电源轨之间提供反向偏置二极管。

然而，在更复杂的电压保护电路中，理想的是：

1)该电路不会触发，直到达到触发电压。

2)即一旦电路触发，电压“弹回”到较小的保持电压。

3)电路是快速的，以便它可以在损害发生到集成电路之前对ESD事件作出反应。

可以相对多种公布的测试标准评估电路性能。一个这样的标准是国际电工委员会(IEC)CDM(带电装置模型)，其中峰值电流可以是在6A的范围，具有小于400微微秒的上升时间。这种性质的ESD事件可引起MOSFET的栅氧化物损害、接线损坏和集成电路的电荷捕集。

期望的是提供一种健壮和快速的保护电路。

摘要

根据本公开的第一方面，提供了一种包括双极晶体管的过电压保护设备。双极晶体管具有基极、集电极和发射极区。集电极和发射极区域设置彼此相邻。

通过改变集电极和发射极区之间的距离，过电压保护设备的穿通驱动触发发生的电压可被控制。由此，集电极和发射极区域之间的特定距离可被选择，以实现过电压保护设备所需的触发电压。

导体可延伸在集电极和发射极区域之间的半导体至少，并从半导体电隔离。该导体可以在诸如发射极电压的电压下维持，使得其作为场板或RESURF结构。替代地，导体可以用作栅极，以便形成在双极晶体管中具有沟道的MOSFET。

该过电压保护设备还可以包括在被保护的节点和晶体管的基极(或基极/栅极)之间连接的电容器。

根据本公开的第二方面，提供了一种包括双极型晶体管结构的过电压保护设备。双极型晶体管结构具有基极、集电极和发射极区。集电极和发射极区域处于被连接到以免受过电压事件的节点的电流流动路径中。电流流路延伸到放电路径。过电压保护装置进一步包括诸如合适的连接电容器或二极管的组件，以促进打开保护设备。

有利地，电容器具有连接到基极端子的第一端子，和连接到收集器和/或被保护的节点的第二端子。在某些配置中，双极晶体管结构可以具有其各个区域内的掺杂浓度，使得该设备非对称(即，集电极基极和基极发射极区域是不同的)。但是，它仍然能够提供一种电路，其中所述双极型晶体管的结构是对称的或基本对称的，以得到双向保护。例如，双向保护设备可用于保护集成电路免受正极性ESD事件和负极性ESD事件。在这样的布置中，电容器可在基极和集电极之间以及基极和发射极之间连接。

双极型晶体管结构可关联于第二双极晶体管结构，以形成硅控整流器(SCR)。硅的区域可以由两个晶体管共享。