專利名稱：電話線接口保護(hù)部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保護(hù)部件，尤其涉及為保護(hù)電話線而設(shè)計的保護(hù)器件。
由本申請人所提交的歐洲專利申請EP-A-0687051描述了一種電話線接口的保護(hù)電路，并以單片部件的形式介紹了該電路的具體實施方式
。本專利申請的

圖1為上述申請圖4的復(fù)制，它示出了本電路的一個部件，該部件包括兩個首尾相連接的可控硅Th1和Th2，每個可控硅分別有一個陰極控制極和一個陽極控制極?？煽毓鑄h1和Th2接在線AB和參考端G之間。兩個控制極互連于點B，可控硅Th1和Th2的一個公共端連接于點A，在點A和B之間連接一電阻Rd。可控硅Th1和Th2的另一個公共端連接至參考端G。在端B和G之間連接一個齊納二極管Z1，當(dāng)它發(fā)生雪崩時，可控硅Th1被觸發(fā)。在端A和G之間連接一個齊納二極管Z2，當(dāng)它發(fā)生雪崩時，可控硅Th2被觸發(fā)。當(dāng)端點A和B之間的電流超過預(yù)定閾值時，可控硅Th1和Th2均被各自的控制極觸發(fā)。
這樣，在圖1的電路中，當(dāng)流過電阻Rd的電流超過預(yù)定閾值時或當(dāng)線AB兩端的電壓超過二極管Z1或Z2的雪崩電壓時，可控硅Th1和Th2隨各自的偏置均被導(dǎo)通。
本專利申請的圖2為前述申請圖7的復(fù)制，是組成圖1電路的一個具體例子。圖1中元件Th1，Th2，Z1和Z2的位置已表示在圖2中。
當(dāng)根據(jù)前述申請設(shè)計并實施本發(fā)明時，申請人注意到應(yīng)解決的其中一個主要的困難是使可控硅Th1和Th2具有相近的控制觸發(fā)靈敏度，以及獲得合適的維持電流。為此，前述申請中已提出了各種方法來解決這一問題。
然而，在電路的實現(xiàn)過程中申請人注意到雖然通過齊納二極管Z1的雪崩來觸發(fā)可控硅Th1不會引起特別的問題，但通過流過電阻Rd的電流觸發(fā)的可控硅Th2的靈敏度卻需要進(jìn)一步的提高。更具體地說，觸發(fā)太慢了(持續(xù)時間大于1μs)。選擇各部件的最佳位置(見歐洲專利申請0687051的圖8A-8B)的努力證明是不成功的。這樣，當(dāng)在線AB上產(chǎn)生一個邊緣極其陡峭的過電流(例如，一個強度為30A的標(biāo)準(zhǔn)化波0.5/700μs)時，經(jīng)過一個很小的延時后，可控硅Th2導(dǎo)通，在該延時過程中，由保護(hù)部件來傳輸可能導(dǎo)致被保護(hù)的集成電路損壞的30A的峰值電流。
本發(fā)明的一個目的是解決上述問題，提高部件對出現(xiàn)在線路AB上的正的過電流的響應(yīng)速度。
為達(dá)到這一目的，申請人對圖2部件的結(jié)構(gòu)作了徹底修改，尤其是對相應(yīng)于可控硅Th2的部件部分作了修改，這一點將在下面詳述。用本發(fā)明的這種修改結(jié)構(gòu)，在出現(xiàn)過電流時，可控硅Th2將更快的被觸發(fā)(在過電流開始后短于1μs)。
所達(dá)到這些目的的本發(fā)明的一個實例是一個單片部件，它對線上易于出現(xiàn)的過電流進(jìn)行保護(hù)，該線與一個檢測電阻串聯(lián)。該部件是在一個有一個上表面和一個下表面的第一導(dǎo)電型襯底中形成的，該部件包括第一、第二和第三金屬化層，一個第一陰極控制極可控硅，一個第二陽極控制極可控硅，和一個雪崩二極管。襯底上表面上的第一和第二金屬化層分別與檢測電阻的各端相連，襯底下表面上的第三金屬化層與一個參考電壓相連。第一陰極控制極可控硅和第二陽極控制極可控硅在第一和第三金屬化層之間首尾相連，第二金屬化層相應(yīng)于第一和第二可控硅的控制極。雪崩二極管連在第二和第三金屬化層之間，它的雪崩引起第一可控硅前向?qū)?。第二可控硅是控制極觸發(fā)型或前向穿通(breakover)型，第二可控硅的穿通電壓基本上等于雪崩二極管的雪崩電壓，并用第二導(dǎo)電型的擴(kuò)散壁對第一可控硅進(jìn)行橫向絕緣。
根據(jù)附圖，做為一個例子，從以下對本發(fā)明的一個最佳的不加限制的實施方式所進(jìn)行的詳細(xì)介紹，使本發(fā)明前述的及其它的目的、特征、方面及優(yōu)點將變得更為清楚，附圖中圖1是一個電話線接口保護(hù)電路，它相應(yīng)于歐洲專利申請EP-A-0687051的圖4；
圖2是圖1電路的橫截面圖，它相應(yīng)于歐洲專利申請EP-A-0687051的圖7；及圖3表示根據(jù)本發(fā)明的實例對圖1結(jié)構(gòu)所作修改的典型的集成結(jié)構(gòu)。
如半導(dǎo)體部件領(lǐng)域的常規(guī)表示一樣，部件的橫截面圖并沒有水平或垂直地按比例繪制。為選擇合適的部件尺寸，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可參照傳統(tǒng)技術(shù)和前述專利的內(nèi)容。
圖3極其簡略地表示了一個根據(jù)本發(fā)明對圖1結(jié)構(gòu)所作修改的典型的單片實施方式。該部件如圖2所示從N型基片上制造。在部件左側(cè)部分放置的元件與圖2中左側(cè)部分所表示的那些元件相同，從而也用相同的標(biāo)記對它們進(jìn)行了標(biāo)識。
與圖2電路的一個區(qū)別是各層和各半導(dǎo)體區(qū)都是在一個用P型擴(kuò)散壁11絕緣的阱中形成的，從而使可控硅Th1及其相關(guān)部件與可控硅Th2絕緣。所有的壁都從襯底的上表面和下表面以常規(guī)方式形成。另外，圖3中沒有表示出圖2中所示的用于檢測短路的區(qū)P8，當(dāng)然如果需要的話可以提供。從而，圖3的左側(cè)部分包括在襯底的下表面上，一個P型層P2；在襯底的上表面上，一個P型區(qū)P1和P7，在其內(nèi)部分別形成了N型區(qū)P1和P7。在區(qū)P7和襯底N的接合處形成一個N型區(qū)N4。
在晶片的下表面上覆一層金屬化層M2。在區(qū)P7上覆上金屬化層M3。區(qū)N7和區(qū)P1的一部分上覆一層金屬化層M7。區(qū)N1上覆一層金屬化層M1-1，該層相應(yīng)于圖2中金屬化層M1的一部分。
如前述申請中所述，該結(jié)構(gòu)提供了圖1中的可控硅Th1和齊納二極管Z1。可控硅Th1包括區(qū)N1-P1-N-P2，并與區(qū)N7和P7一起形成一個控制極放大可控硅。區(qū)P7和N4之間的結(jié)形成齊納二極管Z1，為了實現(xiàn)齊納管的功能，該結(jié)作了專門設(shè)計。
圖3的右側(cè)部分表示一個與圖1中可控硅Th2和齊納二極管Z2相應(yīng)的元件的實際例子。下面需要注意的是，可控硅Th2與二極管Z2沒有區(qū)別，因為二極管Z2相應(yīng)于可控硅Th2的一個結(jié)，實際上可控硅Th2是一個前向穿通觸發(fā)可控硅。該結(jié)構(gòu)可形成在一個用P型垂直擴(kuò)散壁12絕緣的阱中。
在右側(cè)部分，下表面被通過擴(kuò)散或注入-擴(kuò)散形成的高摻雜N型層N11所占據(jù)。在上表面有一個連續(xù)形成的P型深擴(kuò)散區(qū)P12；一個在區(qū)P12內(nèi)的N型深擴(kuò)散區(qū)P12；和在區(qū)N13內(nèi)的不相互平疊的P型區(qū)P14和N型區(qū)N15。
從可控硅Th2的陽極到陰極，相應(yīng)于區(qū)和層P14-N13-P12-N-N11。區(qū)N15是一個陽極控制極接觸區(qū)。陽極區(qū)P14上覆有與金屬化層M1-1相連的金屬化層M1-2。陽極控制極接觸區(qū)N15上覆有金屬化層M4，它相應(yīng)于圖2中有相同標(biāo)識的金屬化層并與端B相連。
在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)可控硅Th2被正向偏置時，易于雪崩的結(jié)是結(jié)N13-P12。因此，這個結(jié)需要選擇最佳的、所希望的觸發(fā)閾值，最好與結(jié)P7-N4的觸發(fā)閾值相近。由于區(qū)P12和N13是通過連續(xù)擴(kuò)散形成的，因而可以通過選擇最佳摻雜濃度和擴(kuò)散圖形，使結(jié)獲得所需的特性。
同樣，考慮到可控硅Th2是通過PNP晶體管P14-M3-P12和NPN晶體管N13-P12-N-N11的組裝而形成的，根據(jù)本發(fā)明的目的，應(yīng)使這些晶體管具有最佳增益以提高可控硅Th2的靈敏度。
與圖2部件的制造相比，這種部件的制造不需要任何附加的加工步驟(注意到，雖然在圖2的部分視圖上未表示出絕緣壁，但圖2部件是一個基本的部件，在其結(jié)構(gòu)中的別處可提供絕緣壁)。更具體地說，區(qū)12可以與絕緣壁11和12的上部分同時制造，區(qū)N13與區(qū)N4同時制造，區(qū)P14與區(qū)P1和P7同時制造，區(qū)N15與區(qū)N1，N7和N11同時制造。然而，雖然他們用同樣的擴(kuò)散步驟得出，即采用同樣的熱處理時間和溫度，而這些擴(kuò)散區(qū)也可從不同劑量的注入得到。特別是，區(qū)P12的摻雜濃度顯著低于絕緣壁的摻雜濃度。
作為一個數(shù)值的例子，不同區(qū)域的表面濃度Cs(atoms/cm3)和結(jié)深Xi(μm)可從下列值中選取。
另外，為了避免寄生觸發(fā)，最好在每個壁11，12(至少是壁11)的內(nèi)周邊形成阻溝道環(huán)(stop-channel ring)。阻溝道環(huán)分別標(biāo)為Z1和Z2，這樣的阻溝道環(huán)避免了由于上金屬化層上的電壓而引起的寄生MOS晶體管的寄生觸發(fā)。例如，在圖3中，連接金屬化層M3和M4的連線實際上是一條金屬化層，它與由區(qū)P1和絕緣壁11組成的區(qū)域間隔著二氧化硅層。假如該金屬化層相對下金屬化層處于負(fù)電位，P溝道MOS晶體管(P11-N-P1)將能被打開，從而有電流流過可控硅P2-N-P1-N1的控制極并以低于齊納二極管N4-P7所限定的電壓打開可控硅P2-N-P1-N1。阻溝道環(huán)克服了這樣一個缺點。
很顯然，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言可以對上面公開的最佳實施方式進(jìn)行修改和補充。例如，技術(shù)人員可以用常規(guī)方法制造諸如發(fā)射極短路區(qū)等各種各樣的常規(guī)結(jié)構(gòu)。所描述的結(jié)構(gòu)可以僅是元件的一部分，該元件包括(例如)兩個與圖3結(jié)構(gòu)一樣的對稱結(jié)構(gòu)。關(guān)于區(qū)N1和N11中發(fā)射極短路的分布和密度可參照前述申請中的說明書。
通過這里所描述的至少一種發(fā)明的實例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以很容易的進(jìn)行各種改進(jìn)、修改和提高，這種改進(jìn)修改和提高規(guī)定在本發(fā)明的范疇內(nèi)。相應(yīng)地，前面的描述僅是一個例子而不是作為對本發(fā)明的限定。本發(fā)明僅由下面的權(quán)利要求及其等效要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種對在線路(AB)上易于發(fā)生的過流進(jìn)行保護(hù)的單片部件，線路(AB)與一個檢測電阻(Rd)串聯(lián)，所述部件形成在第一導(dǎo)電型的襯底(N)中，該襯底(N)有一個上表面和下表面，所述部件包括與所述電阻(Rd)的端(A，B)相連的在上表面上的第一(M1-1，M1-2)和第二(M3，M4)金屬化層和與參考電壓(G)相連的在下表面上的第三金屬化層(M2)；在第一和第三金屬化層間首尾相連的第一陰極控制極可控硅(Th1)和第二陽極控制極可控硅(Th2)，第二金屬化層相應(yīng)于所述可控硅的控制極；一個在第二和第三金屬化層之間的雪崩二極管(Z1)，所述二極管的連接使其雪崩所引起第一可控硅前向?qū)?；其中所述第二可控?Th2)是控制極觸發(fā)型或前向穿通型，其穿通電壓基本上等于所述雪崩二極管的雪崩電壓，而且其中的第一可控硅被第二導(dǎo)電型的擴(kuò)散壁(11)絕緣。
2.權(quán)利要求1的部件，其中的第一可控硅和雪崩二極管包括形成在襯底下表面內(nèi)的第二導(dǎo)電型的第一層(P2)；形成在襯底上表面內(nèi)的第二導(dǎo)電型的第二(P1)和第三(P7)區(qū)；分別形成在第二和第三區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電型的第四(N1)和第五(N7)區(qū)；在第三區(qū)(P7)和襯底(N)之間的接合處的第一導(dǎo)電型的第六區(qū)(N4)；其中第二可控硅包括從襯底的下表面開始形成的第一導(dǎo)電型的第七區(qū)(N11)；從襯底的上表面開始形成的第二導(dǎo)電型的第八區(qū)(P12)；形成在第八區(qū)內(nèi)的第一導(dǎo)電型的第九區(qū)(N13)；形成在第九區(qū)內(nèi)的第二導(dǎo)電型的第十區(qū)(P14)；和其中第一金屬化層(M1-1，M1-2與第四(N1)和第十(P14)區(qū)的上表面連接，第二金屬化層(M3，M4)與第三(P7)和第九(N13)區(qū)連接，第四金屬化層(M7)使第二(P1)和第五(N7)區(qū)相連。
3.權(quán)利要求1的部件，還包括一個形成在所述擴(kuò)散壁(11)內(nèi)周邊的阻溝道環(huán)(Z1)。
4.權(quán)利要求2的部件，還包括一個形成在第九區(qū)(N13)內(nèi)的第一導(dǎo)電型的第十一接觸區(qū)(N15)。
5.用于制造權(quán)利要求2的部件的方法，其中第八區(qū)(P12)與上表面的絕緣壁同時形成，第六和第九區(qū)(N4，N13)同時形成，以及第二、第三和第十區(qū)(P1，P7，P14)同時形成。
全文摘要
一種用于對線路上易產(chǎn)生的過流進(jìn)行保護(hù)的單片部件，該線路串接著一個檢測電阻，該單片部件包括一個與一個雪崩二極管相連的第一陰極控制極可控硅和一個控制極觸發(fā)型或前向穿通型陽極控制極可控硅，其穿通電壓基本上等于雪崩二極管的雪崩電壓。
文檔編號H01L21/332GK1163543SQ9710226
公開日1997年10月29日 申請日期1997年1月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月19日
發(fā)明者埃里克·伯尼埃 申請人:Sgs-湯姆森微電子公司