DE112012000746B4 - Gerät und Verfahren zum Schutz von unter hohen Belastungsbedingungen funktionierenden elektronischen Schaltungen - Google Patents

Gerät und Verfahren zum Schutz von unter hohen Belastungsbedingungen funktionierenden elektronischen Schaltungen Download PDF

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    • H01L27/0259—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using bipolar transistors as protective elements
    • H01L27/0262—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using bipolar transistors as protective elements including a PNP transistor and a NPN transistor, wherein each of said transistors has its base coupled to the collector of the other transistor, e.g. silicon controlled rectifier [SCR] devices

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Abstract

Gerät (40), umfassend:ein Halbleitersubstrat (47), das eine erste p-Wanne (44c) und eine zweite p-Wanne (44b) neben der ersten p-Wanne umfasst, wobei die ersten und zweiten p-Wannen durch einen n-leitenden Bereich (41c) getrennt sind;eine erste n-leitende aktive Fläche (43b) über der ersten p-Wanne, wobei die erste n-leitende aktive Fläche elektrisch an eine Kathode einer ersten Vorrichtung (25a) mit hoher Rückwärtssperrspannung (HRBV) angeschlossen ist;eine erste p-leitende aktive Fläche (42b) über der zweiten p-Wanne, wobei die erste p-leitende aktive Fläche elektrisch an eine Anode der ersten HRBV-Vorrichtung (25a) angeschlossen ist, wobei die erste n-leitende aktive Fläche, die erste p-Wanne und der n-leitende Bereich konfiguriert sind, um jeweils als Emitter, Basis und Kollektor eines bipolaren NPN-Transistors (58a) zu dienen, und wobei die zweite p-Wanne, der n-leitende Bereich und die erste p-Wanne konfiguriert sind, um jeweils als Emitter, Basis und Kollektor eines bipolaren PNP-Transistors (53a) zu dienen, wobei der bipolare NPN-Transistor eine Zündspannung in Vorwärtsrichtung der ersten HRBV-Vorrichtung definiert, und der bipolare PNP-Transistor eine Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung der ersten HRBV-Vorrichtung definiert;eine erste Schutzschaltung (23a), die elektrisch zwischen einer ersten Kontaktfläche (27) und einer zweiten Kontaktfläche (28) verbunden ist, wobei die erste Schutzschaltung die erste HRBV-Vorrichtung aufweist; undeine zweite aktive Fläche (42c; 73b) über der ersten p-Wanne und dem n-leitenden Bereich, wobei die zweite aktive Fläche einen ersten Teil, der über der ersten p-Wanne angeordnet ist, und einen zweiten Teil, der über dem n-leitenden Bereich angeordnet ist, aufweist, wobei die zweite aktive Fläche n-leitend oder p-leitend ist und, wenn die zweite aktive Fläche n-leitend ist, eine zweite p-leitende aktive Fläche (72c) über der ersten p-Wanne zwischen dem n-leitenden Bereich und der ersten n-leitenden aktiven Fläche positioniert ist,wobei die erste Schutzschaltung ausgebildet ist sich zu aktivieren, um einen Schutz gegen ein transientes elektrisches Ereignis bereitzustellen, das zwischen der ersten und der zweiten Kontaktfläche empfangen wird, wenn das transiente elektrische Ereignis eine erste Spannungspolarität hat, und wobei die erste HRBV-Vorrichtung ausgebildet ist, die erste Schutzschaltung am Aktivieren zu hindern, wenn das transiente elektrische Ereignis eine zweite Spannungspolarität hat, die gegensätzlich zur ersten Spannungspolarität ist.

Description

  • HINTERGRUND
  • Gebiet
  • Die Ausführungsformen der Erfindung betreffen elektronische Systeme und genauer gesagt Schutzschaltungen für integrierte elektronische Systeme.
  • Beschreibung der verwandten Technologie
  • Bestimmte elektronische Systeme können einem transienten elektrischen Ereignis bzw. einem elektrischen Signal relativ kurzer Dauer, das eine sich schnell ändernde Spannung und hohe Leistung aufweist, ausgesetzt sein. Transiente elektrische Ereignisse können beispielsweise elektrostatische Entladungs- (ESD) Ereignisse umfassen, die sich aus der plötzlichen Freisetzung einer Ladung von einem Gegenstand oder einer Person in ein elektronisches System ergeben. Transiente elektrische Ereignisse können beispielsweise auch Spannungsspitzen, die sich aus der Abgabe eines veränderlichen Stroms an eine induktive Last ergeben, Signale, die anhand einer elektromagnetischen induktiven Kopplung empfangen werden, oder transiente elektrische Ereignisse, die sich aus dem Anlassen eines Motors ergeben, wie etwa das transiente elektrische Ereignis eines Lastabwurfs, das sich aus dem Anlassen eines Automotors ergibt, umfassen.
  • Transiente elektrische Ereignisse können eine integrierte Schaltung (IC) im Innern eines elektronischen Systems auf Grund von Überspannungsbedingungen und hohen Verlustleistungspegeln über relativ kleine Flächen der IC zerstören. Eine hohe Verlustleistung kann die IC-Temperatur erhöhen und kann zu zahlreichen Problemen führen, wie etwa zu einem Gate-Oxid-Durchschlag, Grenzflächenbeschädigung, Metallschaden und Oberflächenaufladung. Des Weiteren können transiente elektrische Ereignisse zu einem Latch-up führen (mit anderen Worten zu einer ungewollten Erstellung eines niederohmigen Weges), wodurch die Funktion der IC unterbrochen wird und gegebenenfalls bleibender Schaden für die IC durch Selbsterhitzen auf dem Latch-up-Stromweg verursacht wird.
  • Bestimmte integrierte Schaltungen, beispielsweise solche, die bei Kraftfahrzeuganwendungen zum Aufbereiten und Abtasten von Signalen verwendet werden, müssen einen relativ hohen Pegel von Überspannungsbelastung sowie Fehlerbedingungen an den Ein- und/oder Ausgangsstiften, wie etwa eine Batteriekurzschluss-Bedingung, tolerieren. Somit besteht Bedarf daran, eine IC mit Schutz vor solchen transienten elektrischen Ereignissen bereitzustellen. Ferner besteht Bedarf an einer Schutzkomponente, die asymmetrische Strom- /Spannungscharakteristiken bereitstellt, und die in der Lage ist, die Überspannungsbelastung und die Fehlerbedingungen, die bei Kraftfahrzeuganwendungen in einer relativ harten Umgebung vorzufinden sind, sicher zu unterstützen.
  • US 2002/0122280 A1 offenbart eine ESD-Schutzkomponente mit einer Deep-N-Well-Struktur in CMOS-Technologie und den relevanten Schaltungsdesigns. Die ESD-Schutzkomponente besteht aus einem siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR) und einer tiefen N-Wanne. Der SCR umfasst eine Schicht vom P-Typ, eine Schicht vom N-Typ, eine erste N-Wanne und eine erste P-Wanne. Die Schicht vom P-Typ wird als Anode des SCR verwendet. Die Schicht vom N-Typ wird als Kathode des SCR verwendet. Die erste N-Wanne befindet sich zwischen der Schicht vom P-Typ und der Schicht vom N-Typ und wird mit der Schicht vom P-Typ in Kontakt gebracht. und die erste P-Wanne wird mit der ersten N-Wanne und der N-Typ-Schicht in Kontakt gebracht. Die tiefe N-Wanne befindet sich zwischen der ersten P-Wanne und dem P-Substrat und wird verwendet, um die elektrische Verbindung zwischen dem P-Substrat und der ersten P-Wanne zu isolieren. Eine Vielzahl dieser ESD-Schutzkomponenten, die willkürlich in Reihe geschaltet sind, erhöht die Gesamthaltespannung der ESD-Schutzschaltung und verhindert so das Auftreten eines Latch-Ups.
  • US 7 566 914 B2 offenbart wie man symmetrische / asymmetrische bidirektionale S-förmige I-V-Eigenschaften mit Triggerspannungen im Bereich von 10 V bis über 40 V und einem relativ hohen Haltestrom durch eine Implementierung für CMOS- und BiCMOS-Technologien im Submikronbereich mit eingebettetem Ballastwiderstand und peripherer Schutzringisolation erhält. Die bidirektionalen Schutzvorrichtungen bieten eine hohe Immunität gegen elektrostatische Entladung für CMOS-/BiCMOS-Prozesse ohne Latchup-Probleme. Neuartige designangepasste Multifinger- bzw. verwobene Layoutschemata der ESD-Schutzzellen ermöglichen eine Skalierung der ESD-Leistung der Schutzstruktur und eine benutzerdefinierte Integration, wobei die I-V-Eigenschaften an die Betriebsbedingungen der integrierten Schaltung anpassbar sind.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Gerät nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 20, ein Gerät nach Anspruch 29 und ein Verfahren nach Anspruch 32.
  • Figurenliste
  • Es zeigen:
    • 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Beispiels eines elektronischen Systems, das eine integrierte Schaltung (IC) und ein Schutzsystem umfasst.
    • 2 eine Grafik des Schutzschaltungsstroms der IC zur Spannung des transienten elektrischem Ereignisses gemäß einer Ausführungsform.
    • 3 ein schematisches Blockdiagramm einer Kontaktflächen Schutzschaltung gemäß einer Ausführungsform.
    • 4A eine Grafik des Schutzschaltungsstrom der IC zur Spannung des transienten elektrischen Ereignisses gemäß einer anderen Ausführungsform.
    • 4B eine Grafik des Schutzschaltungsstrom der IC zur Spannung des transienten elektrischen Ereignisses gemäß noch einer anderen Ausführungsform.
    • 5 einen beschrifteten Querschnitt einer Ausführungsform einer Vorrichtung mit hoher Rückwärtssperrspannung (HRBV).
    • 6 ein Ersatzschaltbild der HRBV-Vorrichtung aus 5.
    • 7 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform einer HRBV-Vorrichtung.
    • 8 einen beschrifteten Querschnitt einer anderen Ausführungsform einer HRBV-Vorrichtung.
    • 9 ein Ersatzschaltbild der HRBV-Vorrichtung aus 8.
    • 10 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform einer HRB V-Vorrichtung.
    • 11A ein schematisches Diagramm eines Eingangstreibers, der eine Schutzschaltung gemäß einer Ausführungsform verwendet.
    • 11B ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer Schutzschaltung zur Verwendung mit dem Eingangstreiber aus 11A.
    • 11C eine Grafik von Übertragungsleitungsimpuls- (TLP) Labordaten für ein Beispiel der Schutzschaltung aus 11B.
    • 12 einen Querschnitt eines Beispiels einer PNP-MOS-Vorrichtung zur Verwendung mit der Schutzschaltung aus 11B.
    • 13A ein schematisches Diagramm eines Ausgangstreibers, der eine Schutzschaltung gemäß einer Ausführungsform verwendet.
    • 13B ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer Schutzschaltung zur Verwendung mit dem Ausgangstreiber aus 13A.
    • 13C eine Grafik von Übertragungsleitungsimpuls- (TLP) Labordaten für ein Beispiel der Schutzschaltung aus 13B.
    • 13D ein schematisches Diagramm eines anderen Beispiels der Schutzschaltung aus 13A.
    • 13E eine Grafik von Übertragungsleitungsimpuls- (TLP) Labordaten für ein Beispiel der Schutzschaltung aus 13E.
    • 14 einen beschrifteten Querschnitt einer P-MOS-Vorrichtung mit siliziumgesteuertem Gleichrichter (SCR) zur Verwendung mit der Schutzschaltung aus 13D.
    • 15 ein Ersatzschaltbild der P-MOS-SCR-Vorrichtung aus 14.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende ausführliche Beschreibung bestimmter Ausführungsformen legt diverse Beschreibungen spezifischer Ausführungsformen der Erfindung vor. Die Erfindung kann jedoch vielfältig ausgebildet sein, wie es von den Ansprüchen definiert und abgedeckt wird. In dieser Beschreibung wird Bezug auf die Zeichnungen genommen, wo die gleichen Referenznummern identische oder funktionsmäßig ähnliche Elemente angeben.
  • Bestimmte elektronische Systeme sind konfiguriert, um Schaltungen oder Komponenten darin vor transienten elektrischen Ereignissen zu schützen. Um ferner dabei zu helfen zu gewährleisten, dass ein elektronisches System zuverlässig ist, können die Hersteller das elektronische System unter definierten Belastungsbedingungen testen, die von Normen beschrieben werden können, die von diversen Organismen aufgestellt werden, wie etwa von JEDEC („Joint Electronic Device Engineering Council“), IEC („International Electrotechnical Commission“) und AEC („Automotive Engineering Council“). Die Normen können eine große Vielfalt von transienten elektrischen Ereignissen wie zuvor besprochen, einschließlich ESD-Ereignisse, betreffen.
  • Die Zuverlässigkeit einer elektronischen Schaltung kann man verbessern, indem man Kontaktflächen-Schutzschaltungen für die Kontaktflächen einer IC bereitstellt. Eine derartige Kontaktflächen-Schutzschaltung kann in der vorliegenden Druckschrift auch im Allgemeinen als „IC-Schutzschaltung“ bezeichnet werden. Die Kontaktflächen-Schutzschaltungen können den Spannungspegel an der Kontaktfläche in einem vordefinierten sicheren Bereich halten.
  • Bei bestimmten Anwendungen kann es wünschenswert sein, dass eine Kontaktflächen-Schutzschaltung einen bidirektionalen Betrieb aufweist, so dass eine Kontaktflächen-Schutzschaltung von einem hochohmigen Zustand auf einen niederohmigen Zustand übergeht, wenn die Spannung des transienten elektrischen Ereignisses über eine Zündspannung in Vorwärtsrichtung in der positiven Richtung hinausgeht oder in der negativen Richtung unter eine Zündspannung in Rückwärtsrichtung abfällt. Die Kontaktflächen-Schutzschaltung kann konfiguriert sein, um einen Teil des Stroms, der mit dem transienten elektrischen Ereignis verknüpft ist, nebenzuschließen, wenn sie sich in dem niederohmigen Zustand befindet, um zu verhindern, dass die Spannung eines transienten elektrischen Ereignisses eine Ausfallspannung entweder in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung erreicht, die mit Schaden an der IC verknüpft ist. Wie es nachstehend mit Bezug auf 2 ausführlich beschrieben wird, kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung für transiente elektrische Ereignisse, die eine positive Spannung aufweisen, so lange im niederohmigen Zustand bleiben, wie die Spannung des transienten elektrischen Ereignisses über einer Haltespannung in Vorwärtsrichtung bleibt. Ebenso kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung für negative transiente Signalereignisse so lange im niederohmigen Zustand bleiben, wie die Spannung des transienten elektrischen Ereignisses unter einer Haltespannung in Rückwärtsrichtung bleibt.
  • Es besteht ein Bedarf an einer Kontaktflächen-Schutzschaltung, die man verwenden kann, um Schutz vor transienten elektrischen Ereignissen sowohl vor negativen als auch vor positiven transienten Signalen bereitzustellen, und die eine schnelle Betriebsleistung, eine niedrige statische Verlustleistung und eine geringe Schaltungsfläche aufweist. Ferner besteht ein Bedarf an einer Kontaktflächen-Schutzschaltung, die Schutz vor asymmetrischen bidirektionalen transienten elektrischen Ereignissen bereitstellen kann. Beispielsweise können diese Charakteristiken bei IC wünschenswert sein, die bei bestimmten Kraftfahrzeug-, medizinischen und industriellen Prozessen zu verwenden sind, die ein Null-Fehler-Ziel aufweisen und harte Testbedingungen überstehen müssen, wie etwa eine Ein- und/oder Ausgangs-Batterieschlussbedingung, um das Risiko für die menschliche Gesundheit oder der Lebensgefahr zu minimieren, das sich aus einem IC-Ausfall ergeben könnte.
  • Überblick über elektronische Systeme mit einem Schutzsystem
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektronischen Systems 10, das eine oder mehrere Kontaktflächen-Schutzschaltungen gemäß einigen Ausführungsformen umfassen kann. Das abgebildete elektronische System 10 umfasst eine integrierte Schaltung (IC) 1, die ein Schutzsystem 2, eine interne Schaltung 3 und Stifte oder Kontaktflächen 4 bis 7 umfasst. Die interne Schaltung 3 kann elektrisch an eine oder mehrere der Kontaktflächen 4 bis 7 angeschlossen sein. Jede der Kontaktflächen 4 bis 7 kann beispielsweise eine von Leistungskontaktflächen, Massekontaktflächen, Eingangskontaktflächen, Ausgangskontaktflächen oder bidirektionalen Kontaktflächen sein.
  • Die IC 1 kann transienten elektrischen Ereignissen ausgesetzt sein, wie etwa ESD-Ereignissen, die IC-Schaden verursachen und einen Latch-up herbeiführen können. Beispielsweise kann die Kontaktfläche 5 ein transientes elektrisches Ereignis 14 empfangen, das sich an den elektrischen Anschlüssen der IC 1 entlang bewegen und die interne Schaltung 3 erreichen kann. Das transiente elektrische Ereignis 14 kann Überspannungsbedingungen erzeugen und kann hohe Energiepegel ableiten, die den Betrieb der internen Schaltung 3 unterbrechen können und gegebenenfalls bleibenden Schaden verursachen können.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann ein Schutzsystem 2 bereitgestellt werden, um die Zuverlässigkeit der IC 1 sicherzustellen, indem der Spannungspegel an den Kontaktflächen der IC 1 in einem bestimmten Spannungsbereich gehalten wird, der von Kontaktfläche zu Kontaktfläche variieren kann. Das Schutzsystem 2 kann eine oder mehrere Kontaktflächen-Schutzschaltungen umfassen, wie etwa die Kontaktflächen-Schutzschaltungen 15a bis 15c. Die Kontaktflächen-Schutzschaltungen 15a bis 15c können konfiguriert sein, um Strom, der mit einem transienten elektrischen Ereignis verknüpft ist, das an einer Kontaktfläche der IC empfangen wird, auf andere Knoten oder Kontaktflächen der IC umzuleiten, wodurch Schutz vor transienten elektrischen Ereignissen bereitgestellt wird, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
  • Kontaktflächen-Schutzschaltungen können beispielsweise zwischen einer Leistungskontaktfläche und einer Eingangskontaktfläche, zwischen einer Leistungskontaktfläche und einer Ausgangskontaktfläche, zwischen einer Leistungskontaktfläche und einer bidirektionalen Kontaktfläche, zwischen einer Massekontaktfläche und einer Eingangskontaktfläche, zwischen einer Massekontaktfläche und einer Ausgangskontaktfläche, zwischen einer Massekontaktfläche und einer bidirektionalen Kontaktfläche und/oder zwischen einer Leistungskontaktfläche und einer Massekontaktfläche angeordnet werden. Wenn kein transientes elektrisches Ereignis vorliegt, kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung in einem hochohmigen Zustand/ Zustand mit geringem Leckstrom bleiben, wodurch die statische Verlustleistung reduziert wird, die sich aus dem Leckstrom ergibt.
  • Das Schutzsystem 2 kann mit der IC 1 auf einem Chip integriert sein. Bei anderen Ausführungsformen kann das Schutzsystem 2 jedoch in einer getrennten IC angeordnet sein. Beispielsweise kann das Schutzsystem 2 in einer getrennt untergebrachten IC enthalten sein oder es kann in einem gemeinsamen Gehäuse mit der IC 1 eingekapselt sein. Bei solchen Ausführungsformen kann bzw. können eine oder mehrere Kontaktflächen-Schutzschaltungen in einer autonomen IC in einem gemeinsamen Gehäuse für Anwendungen mit Systemen in Gehäusen eingesetzt werden oder sie können mit einer IC in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat für Anwendungen mit einem System auf einem Chip integriert sein.
  • Die IC 1 kann beispielsweise in Videoverstärker-Systemen für Kraftfahrzeug-Infotainment, in Übertragungsleitungs-Systemen, in industriellen Regelsystemen, in Energieverwaltungssystemen, in mikroelektromechanischen System-(MEMS) Sensoren, in Wandlern, in Systemen mit lokalem Kraftfahrzeugnetz (LIN) und Controller-Schnittstellennetz (CAN) oder in diversen anderen Systemen verwendet werden. Die IC 1 kann bei elektronischen Systemen verwendet werden, bei denen die Stifte der IC dem Benutzerkontakt über einen niederohmigen Anschluss ausgesetzt sind.
  • Kontaktflächen-Schutzschal tungen
  • 2 ist eine Grafik 18 des Schutzschaltungsstroms der IC zur Spannung des transienten elektrischen Ereignisses gemäß einer Ausführungsform. Wie zuvor beschrieben, kann eine Kontaktflächen-Schutzschaltung konfiguriert sein, um den Spannungspegel an einer Kontaktfläche in einem vordefinierten sicheren Bereich zu halten. Somit kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung für transiente elektrische Ereignisse, die eine positive Spannung aufweisen, einen Großteil des Stroms nebenschließen, der mit dem transienten Signalereignis verknüpft ist, bevor die Spannung des transienten Signals VTRANSIENT eine Ausfallspannung in Vorwärtsrichtung VFAIL-F erreicht, die ansonsten die IC 1 beschädigen könnte. Zusätzlich kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung für transiente elektrische Ereignisse, die eine negative Spannung aufweisen, einen Großteil des Stroms nebenschließen, der mit dem transienten Signalereignis verknüpft ist, bevor die Spannung des transienten Signals VTRANSIENT unter eine Ausfallspannung in Rückwärtsrichtung VFAIL-R abfällt, die ansonsten Schaden für die IC 1 verursachen könnte. Ferner kann es wünschenswert sein, dass die Kontaktflächen-Schutzschaltung einen relativ niedrigen Strom auf der normalen Betriebsspannung VOPERATING führt, wodurch die statische Verlustleistung reduziert oder minimiert wird, die sich aus dem Leckstrom ILEAKAGE ergibt, und die Energieeffizienz der IC, welche die Kontaktflächen-Schutzschaltung verwendet wird, verbessert wird.
  • Wie in der Grafik 18 gezeigt, kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung für transiente elektrische Ereignisse, die eine positive Spannung aufweisen, von einem hochohmigen Zustand auf einen niederohmigen Zustand übergehen, wenn die Spannung des transienten Signals VTRANSIENT die Zündspannung in Vorwärtsrichtung VT-F erreicht. Danach kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung einen großen Strom über einen breiten Bereich von Spannungspegeln transienter elektrischer Ereignisse nebenschließen. Die Kontaktflächen-Schutzschaltung kann so lange in dem niederohmigen Zustand bleiben wie der Spannungspegel des transienten Signals über einer vorgewählten Haltespannung in Vorwärtsrichtung VH-F bleibt.
  • Die Kontaktflächen-Schutzschaltung kann auch einen großen Strom für transiente elektrische Ereignisse, die eine negative Spannung aufweisen, nebenschließen, so dass die Schutzschaltung Schutz vor bidirektionalen transienten elektrischen Ereignissen bereitstellen kann, indem sie einen Schutzstrom für transiente elektrische Ereignisse bereitstellt, die positive und/oder negative Spannungssignalpegel aufweisen. Somit kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung einen Stromweg bereitstellen, wenn die Spannung des transienten Signals VTRANSIENT die Zündspannung in Rückwärtsrichtung VT-R erreicht. Anschließend kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung einen großen Strom über einen breiten Bereich von Spannungspegeln von transienten elektrischen Ereignissen nebenschließen. Die Kontaktflächen-Schutzschaltung kann so lange in dem niederohmigen Zustand bleiben, wie die Spannung des transienten Signals unter der Haltespannung VH-R ist, so dass das transiente Signal in der Lage ist, die Energie abzugeben, die ausreicht, um die Kontaktflächen-Schutzschaltung im niederohmigen Zustand aktiviert zu halten.
  • Dadurch dass die Kontaktflächen-Schutzschaltung konfiguriert ist, um eine Zündspannung in Vorwärtsrichtung VT-F, eine Haltespannung in Vorwärtsrichtung VH-F, eine Zündspannung in Rückwärtsrichtung VT-F, eine Haltespannung in Rückwärtsrichtung VH-R und eine Zündspannung in Rückwärtsrichtung VT-R aufzuweisen, kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung einen bidirektionalen Betrieb aufweisen und dabei eine verbesserte Stabilität gegen unbeabsichtigte Aktivierung und/oder eine verbesserte Leistung pro Flächeneinheit aufweisen. Zusätzlich kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung, wie in 2 abgebildet, einen asymmetrischen Betrieb gegen transiente elektrische Ereignisse entgegengesetzter Polaritäten aufweisen.
  • Wie es hier beschrieben wird, werden Kontaktflächen-Schutzschaltungen bereitgestellt, die einen bidirektionalen Betrieb aufweisen, wobei die Zündspannung in Vorwärtsrichtung, die Haltespannung in Vorwärtsrichtung, die Zündspannung in Rückwärtsrichtung und die Haltespannung in Rückwärtsrichtung unabhängig ausgewählt werden können, um ein gewünschtes Schutzverhalten der Kontaktflächen-Schutzschaltung zu erreichen.
  • 3 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Kontaktflächen-Schutzschaltung 15 gemäß einer Ausführungsform. Die Kontaktflächen-Schutzschaltung 15 umfasst eine Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a und eine Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung 23b, die jeweils elektrisch zwischen einer Kontaktfläche 27 und einem Knoten 28 angeschlossen sind. Die Kontaktfläche 27 kann eine Kontaktfläche einer integrierten Schaltung sein, wie etwa die Kontaktfläche 4 aus 1. Der Knoten 28 kann beispielsweise ein niederohmiger Knoten oder eine Kontaktfläche der integrierten Schaltung sein, die konfiguriert ist, um einen relativ großen nebengeschlossenen Strom zu handhaben.
  • Die Kontaktflächen-Schutzschaltungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung 23a, 23b können verwendet werden, um die Kontaktfläche 27 jeweils vor positiven und negativen transienten elektrischen Ereignissen zu schützen. Die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a umfasst eine erste Vorrichtung mit hoher Rückwärtssperrspannung (HRBV) 25a, und die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung 23b umfasst eine zweite HRBV-Vorrichtung 25b.
  • Die ersten und zweiten HRBV-Vorrichtungen 25a, 25b umfassen jeweils eine Anode und eine Kathode. Die Anode der HRBV-Vorrichtung 25a ist elektrisch an die Kontaktfläche 27 angeschlossen, und die Kathode der HRBV-Vorrichtung 25a ist elektrisch an den Knoten 28 angeschlossen. Dagegen ist die Anode der HRBV-Vorrichtung 25b elektrisch an den Knoten 28 angeschlossen, und die Kathode der HRBV-Vorrichtung 25b ist elektrisch an die Kontaktfläche 27 angeschlossen.
  • Die ersten und zweiten HRBV-Vorrichtungen 25a, 25b können jeweils relativ große Durchbruchspannungen in Rückwärtsrichtung und relativ geringe Zündspannungen in Vorwärtsrichtung aufweisen, was dabei helfen kann, der Kontaktfläche 27 Schutz vor asymmetrischen bidirektionalen transienten elektrischen Ereignissen bereitzustellen. Beispielsweise kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a die erste HRBV-Vorrichtung 25a alleine oder kombiniert mit einer oder mehreren Kontaktflächen-Schutzvorrichtungen umfassen, die elektrisch Stück-an-Stück in Reihe mit der ersten HRBV-Vorrichtung 25a geschaltet sind, um beim Abstimmen des Verhaltens in Vorwärtsrichtung beizutragen. Da die erste HRBV-Vorrichtung 25a eine relativ geringe Zündspannung in Vorwärtsrichtung aufweisen kann, kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a eine Kaskade von Vorrichtungen umfassen, die darauf abgestimmt sind, die gewünschte Schutzleistung in Vorwärtsrichtung zu erreichen, einschließlich einer bestimmten gewünschten Haltespannung in Vorwärtsrichtung VH-F und einer Zündspannung in Vorwärtsrichtung VT-F. Da ferner die erste HRBV-Vorrichtung 25a eine relativ große Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung aufweisen kann, kann das Einschließen der ersten HRBV-Vorrichtung 25a in der Kaskade verhindern, dass die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a für ein transientes Signalereignis aktiviert wird, das eine negative Signalspannung aufweist, wodurch die Bereitstellung von Schutz in Rückwärtsrichtung durch eine getrennte Schaltung ermöglicht wird.
  • Ähnlich kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung 23b die zweite HRBV-Vorrichtung 25b alleine oder kombiniert mit einer oder mehreren anderen Kontaktflächen-Schutzvorrichtungen umfassen, die elektrisch Stück an Stück in einer Kaskade geschaltet sind, um ein gewünschtes Verhalten in Rückwärtsrichtung zu erreichen. Die relativ niedrige Zündspannung in Vorwärtsrichtung der zweiten HRBV-Vorrichtung 25b kann die Abstimmung einer gewünschten Haltespannung in Rückwärtsrichtung VH-R und einer Zündspannung in Rückwärtsrichtung VT-R der Schaltung ermöglichen, während die relativ hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung der zweiten HRBV-Vorrichtung 25b dazu beitragen kann, eine ungewollte Aktivierung der Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung 23b für ein transientes Signalereignis, das eine positive Signalspannung aufweist, zu verhindern. Somit kann das Einbeziehen der ersten und zweiten HRBV-Vorrichtungen 25a, 25b dazu beitragen, eine getrennte Abstimmung der Kontaktflächen-Schutzschaltungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung 23a, 23b zu ermöglichen, wodurch ein Verhalten der Kontaktflächen-Schutzschaltung erreicht wird, das für eine bestimmte Anwendung wünschenswert ist, wozu beispielsweise neu entstehende Kraftfahrzeug-Infotainment-Anwendungen gehören.
  • Obwohl 3 einen Fall abbildet, bei dem eine HRBV-Vorrichtung in jeder der Kontaktflächen-Schutzschaltungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung 23a, 23b enthalten ist, müssen die HRBV-Vorrichtungen bei gewissen Ausführungsformen nicht unbedingt in den Kontaktflächen-Schutzschaltungen sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung enthalten sein. Beispielsweise bei Umsetzungen, bei denen die gewünschten Halte- und Zündspannungen in Rückwärtsrichtung relativ niedrig sind und keine hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung für die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung benötigt wird, kann eine HRBV-Vorrichtung aus der Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung ausgelassen werden. Wenn die gewünschten Halte- und Zündspannungen in Vorwärtsrichtung ähnlich relativ niedrig sind und keine hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung in der Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung benötigt wird, kann eine HRBV-Vorrichtung aus der Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung 23b ausgelassen werden.
  • 4A ist eine Grafik 20 des Schutzschaltungsstroms der IC zur Spannung des transienten elektrischen Ereignisses gemäß einer anderen Ausführungsform. Die Grafik 20 bildet in einer durchgezogenen Linie ein Beispiel eines Kontaktflächen-Schutzstroms für eine Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung ab, die eine HRBV-Vorrichtung aufweist, wie etwa die erste HRBV-Vorrichtung 25a aus 3. Wie in der Grafik 20 abgebildet, kann die Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung VB der Kontaktflächen-Schutzschaltung eine Größenordnung aufweisen, die wesentlich größer als die Zielzündspannung in Rückwärtsrichtung VT-R und die Haltespannung in Rückwärtsrichtung VH-R ist. Entsprechend ermöglicht das Einbeziehen der HRBV-Vorrichtung, dass Schutz vor transienten elektrischen Ereignissen, die ein negative Signalspannung aufweisen, durch eine getrennte Schaltung bereitgestellt wird, beispielweise durch die Strom-/Spannungscharakteristiken, die in der Zeichnung als gestrichelte Linie gezeigt werden.
  • 4B ist eine Grafik des Schutzschaltungsstroms der IC zur Spannung des transienten elektrischen Ereignisses gemäß noch einer anderen Ausführungsform. Die Grafik 22 bildet in einer durchgezogenen Linie ein Beispiel eines Kontaktflächen-Schutzstroms für eine Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung ab, die eine HRBV-Vorrichtung aufweist, wie etwa die zweite HRBV-Vorrichtung 25b aus 3. Wie in der Grafik 22 abgebildet, kann die Durchbruchspannung VB auf der positiven Seite der Kontaktflächen-Schutzschaltung eine relativ große Größenordnung aufweisen, die größer als die Zielzündspannung in Vorwärtsrichtung VT-F und die Haltespannung in Vorwärtsrichtung VH-F ist. Entsprechend ermöglicht das Einbeziehen der HRBV-Vorrichtung das Bereitstellen von Schutz vor transienten elektrischen Ereignissen, die eine positive Signalspannung aufweisen, durch eine separate Schaltung, beispielsweise durch die Strom-/Spannungscharakteristiken, die als gestrichelte Linie in der Zeichnung gezeigt werden, wie etwa eine Schaltung, die das Strom/Spannungsverhalten aufweist, das in 4A abgebildet ist.
  • Die Kontaktflächen-Schutzschaltungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, die den Grafiken 20, 22 entsprechen, können elektrisch parallel geschaltet sein, um eine effektive Kontaktflächen-Schutzschaltung bereitzustellen, die ein ähnliches Strom/Spannungs-Verhalten aufweist, wie es in 2 gezeigt wird. Das Einbeziehen einer Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung, die einem großen positiven transienten elektrischen Ereignis ohne Durchbruch standhalten kann, ermöglicht es, dass die Kontaktflächen-Schutzschaltung eine Zündspannung in Vorwärtsrichtung VT-F und eine Haltespannung in Vorwärtsrichtung VH-F aufweist, die von der Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung bestimmt wird. Ebenso kann das Einbeziehen einer Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung, die einem großen negativen transienten elektrischen Ereignis ohne Durchbruch standhalten kann, ermöglichen, dass die Kontaktflächen-Schutzschaltung eine Zündspannung in Rückwärtsrichtung VT-R und eine Haltespannung in Rückwärtsrichtung VH-R aufweist, die durch die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung bestimmt wird.
  • Wie es hier beschrieben wird, werden HRBV-Vorrichtungen, die eine relativ große Durchbruchspannung und eine relativ niedrige Zündspannung in Vorwärtsrichtung aufweisen, bereitgestellt. Die HRBV-Vorrichtungen können alleine oder kombiniert mit anderen Kontaktflächen-Schutzschaltungen verwendet werden, um eine gewünschte Halte- und Zündspannung für jede von einer Vorwärts- und einer Rückwärtsrichtung zu erreichen. Die HRBV-Vorrichtungen weisen eine relativ hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung auf, wodurch es den Kontaktflächen-Schutzschaltungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ermöglicht wird, getrennt abgestimmt zu werden, um ein gesamtes gewünschtes Verhalten der Kontaktflächen-Schutzschaltung zu erreichen. Somit kann das Einbeziehen der HRBV-Vorrichtungen in einer Vorwärtsschutzschaltung und/oder einer Rückwärtsschutzschaltung ermöglichen, dass die positiven und negativen I-V-Charakteristiken der Kontaktflächen-Schutzschaltung unabhängig bestimmt werden, ohne auf Grund von unbeabsichtigten parasitären Vorrichtungsleitungswegen miteinander zu interagieren.
  • 5 ist ein beschrifteter Querschnitt einer Ausführungsform einer HRBV-Vorrichtung 40. 6 ist ein Ersatzschaltbild der HRBV-Vorrichtung 40 aus 5.
  • Der beschriftete Querschnitt der HRBV-Vorrichtung 40 umfasst ein p-leitendes Substrat 47, n-leitende aktive Flächen 43a bis 43d, p-leitende aktive Flächen 42a bis 42g, n-Wannen 41a, 41b, p-Wannen 44a bis 44e, eine tiefe n-Wanne 46 und Isolierbereiche 48. Der Querschnitt wurde beschriftet, um gewisse Schaltungsvorrichtungen zu zeigen, die durch die Anordnung gebildet sind, wie etwa die ersten bipolaren PNP-Transistoren 51a, 51b, die zweiten bipolaren PNP-Transistoren 52a, 52b, die dritten bipolaren PNP-Transistoren 53a, 53b, die vierten bipolaren PNP-Transistoren 54a, 54b, die bipolaren NPN-Transistoren 58a, 58b, die ersten Widerstände 61a, 61b, die zweiten Widerstände 62a, 62b, die dritten Widerstände 63a, 63b, die vierten Widerstände 68a, 68b und die fünften Widerstände 69a, 69b. Die abgebildete HRBV-Vorrichtung kann eine Backend-Verarbeitung erfahren, um Kontakte und Metallisierung zu bilden. Der Fachmann wird verstehen, dass diese Einzelheiten aus dieser Figur der Übersichtlichkeit halber ausgelassen wurden.
  • Die ersten bipolaren PNP-Transistoren 51a, 51b können aus den p-Wannen 44b, 44d, den n-Wannen 41a, 41b und dem Substrat 47 gebildet sein und können seitliche parasitäre PNP-Vorrichtungen sein. Der erste bipolare PNP-Transistor 51a kann einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 44b gebildet wird, eine Basis, die aus der n-Wanne 41a gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 47 gebildet wird. Ähnlich kann der erste bipolare PNP-Transistor 51b einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 44d gebildet wird, eine Basis, die aus der n-Wanne 41b gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 47 gebildet wird. Die zweiten bipolaren PNP-Transistoren 52a, 52b können aus den p-Wannen 44b, 44d, der tiefen n-Wanne 46 und dem Substrat 47 gebildet sein und können senkrechte parasitäre PNP-Vorrichtungen sein. Der zweite bipolare PNP-Transistor 52a kann einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 44b gebildet wird, eine Basis, die aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 47 gebildet wird. Ähnlich kann der zweite bipolare PNP-Transistor 52b einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 44d gebildet wird, eine Basis, die aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 47 gebildet wird.
  • Die dritten bipolaren PNP-Transistoren 53a, 53b können aus den p-Wannen 44b bis 44d und aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet sein und können seitliche parasitäre PNP-Vorrichtungen sein. Beispielsweise kann der dritte bipolare PNP-Transistor 53a einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 44b gebildet wird, eine Basis, die aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus der p-Wanne 44c gebildet wird. Ähnlich kann der dritte bipolare PNP-Transistor 53b einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 44d gebildet wird, eine Basis, die aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus der p-Wanne 44c gebildet wird. Die vierten bipolaren PNP-Transistoren 54a, 54b können aus der p-Wanne 44c, der tiefen n-Wanne 46 und dem Substrat 47 gebildet sein und können senkrechte parasitäre PNP-Vorrichtungen sein. Die vierten bipolaren PNP-Transistoren 54a, 54b können jeweils einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 44c gebildet wird, eine Basis, die aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 47 gebildet wird.
  • Die bipolaren NPN-Transistoren 58a, 58b können aus den n-leitenden aktiven Flächen 43b, 43c, der p-Wanne 44c und der tiefen n-Wanne 46 gebildet sein und können seitliche parasitäre NPN-Vorrichtungen sein. Beispielsweise kann der bipolare NPN-Transistor 58a einen Emitter aufweisen, der aus der n-leitenden aktiven Fläche 43b gebildet wird, eine Basis, die aus der p-Wanne 44c gebildet wird, und einen Kollektor, der aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet wird. Ebenso kann der bipolare NPN-Transistor 58b einen Emitter aufweisen, der aus der n-leitenden aktiven Fläche 43c gebildet wird, eine Basis, die aus der p-Wanne 44c gebildet wird, und einen Kollektor, der aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet wird.
  • Die ersten Widerstände 61a, 61b können aus dem Widerstand zwischen den Kollektoren der ersten bipolaren PNP-Transistoren 51a, 51b und den p-leitenden aktiven Flächen 42a, 42g gebildet sein. Beispielsweise kann der Widerstand auf den Wegen zwischen den Kollektoren der seitlichen bipolaren PNP-Transistoren 51a, 51b und den p-leitenden aktiven Flächen 42a, 42g durch die ersten Widerstände 61a, 61b modelliert werden. Ähnlich können die zweiten Widerstände 62a, 62b aus dem Widerstand zwischen den Kollektoren der zweiten bipolaren PNP-Transistoren 52a, 52b und den p-leitenden aktiven Flächen 42a, 42g gebildet sein, und die dritten Widerstände 63a, 63b können aus dem Widerstand zwischen den Kollektoren der vierten bipolaren PNP-Transistoren 54a, 54b und den p-leitenden aktiven Flächen 42a, 42g gebildet sein. Zusätzlich können die vierten Widerstände 68a, 68b aus dem Widerstand zwischen den Basen der bipolaren NPN-Transistoren 58a, 58b und der p-leitenden aktiven Fläche 42d gebildet sein. Ferner können die fünften Widerstände 69a, 69b aus dem Widerstand zwischen den Basen der bipolaren PNP-Transistoren 51a, 51b und der tiefen n-Wanne 46 gebildet sein.
  • Die p-leitenden aktiven Flächen 42a, 42g und die p-Wannen 44a, 44e können einen Schutzring um die HRBV-Vorrichtung 40 herum bilden. Der Schutzring kann verwendet werden, um die Bildung ungewollter parasitärer Wege zwischen der HRBV-Vorrichtung 40 und den umgebenden Halbleiterkomponenten zu eliminieren, wenn sie auf einem Chip integriert sind. Zusätzlich können die p-leitenden aktiven Flächen 42a, 42g und die p-Wannen 44a, 44e ferner zum Sammeln mobiler Ladungen von dem Substrat und zum Eliminieren der Bildung ungewollter parasitärer Wege beitragen, wodurch sie die HRBV-Vorrichtung 40 vor einem Latch-up schützen, wie etwa einem Latch-up mit einer zentralen Schaltungswanne und/oder einer anderen Wanne, die mit einer Kontaktfläche verknüpft ist.
  • Die p-Wannen 44b bis 44d können unter Verwendung der n-Wannen 41a, 41b und der tiefen n-Wanne 46 von dem Substrat 47 elektrisch isoliert sein. Das elektrische Isolieren der p-Wannen 44b bis 44d ermöglicht es den p-Wannen, als Emitter, Basen oder Kollektoren für die abgebildeten bipolaren Vorrichtungen zu funktionieren. Wie er hier verwendet wird und wie es der Fachmann verstehen wird, bezieht sich der Begriff „tiefe n-Wanne“ auf eine beliebige geeignete n-leitende vergrabene Schicht, einschließlich beispielsweise solcher, die bei Silizium-auf-Isolator- (SOI) Technologien verwendet werden.
  • Die Isolierbereiche 48 können statische Stromverluste zwischen den aktiven Flächen verhindern, die an verschiedene elektrische Knoten angeschlossen sind. Die Bildung der Isolierbereiche 48 kann das Ätzen von Gräben in dem Substrat 47, das Füllen der Gräben mit einem Dielektrikum, wie etwa Siliziumdioxid, und das Entfernen des überschüssigen Dielektrikums unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Verfahrens, wie etwa chemisch-mechanisches Planarisieren, umfassen. Obwohl die Isolierbereiche 48 als Isolierbereiche mit seichten Gräben abgebildet sind, können die Isolierbereiche 48 beliebige geeignete Isolierbereiche sein, einschließlich beispielsweise von Bereichen mit tiefen Gräben oder lokaler Oxidation von Silizium (LOCOS).
  • Der Fachmann wird verstehen, dass der in 5 gezeigte Querschnitt der in 6 gezeigten Ersatzschaltung entsprechen kann. Beispielsweise können die ersten bipolaren PNP-Transistoren 51a, 51b durch einen ersten bipolaren PNP-Transistor 51 dargestellt werden, die zweiten bipolaren PNP-Transistoren 52a, 52b können durch einen zweiten bipolaren PNP-Transistor 52 dargestellt werden, die dritten bipolaren PNP-Transistoren 53a, 53b können durch einen dritten bipolaren PNP-Transistor 53 dargestellt werden, und die vierten bipolaren PNP-Transistoren 54a, 54b können durch einen vierten bipolaren PNP-Transistor 54 dargestellt werden. Ähnlich können die bipolaren NPN-Transistoren 58a, 58b durch einen bipolaren NPN-Transistor 58 dargestellt werden, die ersten Widerstände 61a, 61b können durch einen ersten Widerstand 61 dargestellt werden, die zweiten Widerstände 62a, 62b können durch einen zweiten Widerstand 62 dargestellt werden, die dritten Widerstände 63a, 63b können durch einen dritten Widerstand 63 dargestellt werden, die vierten Widerstände 68a, 68b können durch einen vierten Widerstand 68 dargestellt werden und die fünften Widerstände 69a, 69b können durch einen fünften Widerstand 69 dargestellt werden.
  • Mit Bezug auf 6, ist der Emitter des ersten bipolaren PNP-Transistors 51 elektrisch an die Emitter der zweiten und dritten bipolaren PNP-Transistoren 52, 53 an einem als Anode bezeichneten Knoten angeschlossen. Die Basis des ersten bipolaren PNP-Transistors 51 ist elektrisch an den Kollektor des bipolaren NPN-Transistors 58, an ein erstes Ende des fünften Widerstandes 69 und an die Basen der zweiten und dritten bipolaren PNP-Transistoren 52, 53 angeschlossen. Der Kollektor des ersten bipolaren PNP-Transistors 51 ist elektrisch an ein erstes Ende des ersten Widerstandes 61 angeschlossen. Der erste Widerstand 61 umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an eine Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist, die ein beliebiger geeigneter niederohmiger Knoten sein kann, wie etwa ein Masseknoten oder eine negative Spannungsversorgung. Der Kollektor des zweiten bipolaren PNP-Transistors 52 ist elektrisch an ein erstes Ende des zweiten Widerstandes 62 angeschlossen. Der zweite Widerstand 62 umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an die Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist.
  • Die Basis des bipolaren NPN-Transistors 58 ist elektrisch an den Kollektor des dritten bipolaren PNP-Transistors 53 und an ein erstes Ende des vierten Widerstandes 68 angeschlossen. Der Emitter des bipolaren NPN-Transistors 58 ist elektrisch an ein zweites Ende des vierten Widerstandes 68 und an den Emitter des vierten bipolaren PNP-Transistors 54 an einen als Kathode bezeichneten Knoten angeschlossen. Die Basis des vierten bipolaren PNP-Transistors 54 ist elektrisch an ein zweites Ende des fünften Widerstandes 69 angeschlossen. Der Kollektor des vierten bipolaren PNP-Transistors 54 ist elektrisch an ein erstes Ende des dritten Widerstandes 63 angeschlossen. Der dritte Widerstand 63 umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an die Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist.
  • Die HRBV-Vorrichtung 50 kann eine IC vor einem transienten elektrischen Ereignis schützen, das bewirkt, dass die Spannung der Anode im Verhältnis zur Spannung der Kathode ansteigt. Die Emitter-Basis-Sperrschichten der bipolaren PNP-Transistoren 51 bis 53 können dem Kollektor des bipolaren NPN-Transistors 58 eine Spannung bereitstellen, die ungefähr gleich der Anodenspannung ist. Während eines transienten elektrischen Ereignisses, das die Spannung der Anode erhöht, kann die Spannung am Kollektor des bipolaren NPN-Transistors 58 ansteigen, bis die Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung des bipolaren NPN-Transistors 58 erreicht ist. Der Durchbruch des Kollektor-Emitters des bipolaren NPN-Transistors 58 kann einen Stromfluss durch den bipolaren PNP-Transistor 53 stimulieren, von dem ein Teil durch den vierten Widerstand 68 fließen kann. In dem Maße wie die Spannung über den vierten Widerstand 68 zunimmt, kann die Emitter-Basis-Sperrschicht des bipolaren NPN-Transistors 58 in Vorwärtsrichtung vorgespannt werden, wodurch ein verstärkter Stromfluss durch den bipolaren NPN-Transistor 58 stimuliert wird und die HRBV-Vorrichtung 50 in einen niederohmigen regenerativen Zustand mit Doppelträgereinkopplung übergeht, der die Zündspannung in Vorwärtsrichtung der Vorrichtung definiert.
  • Da die Zündspannung in Vorwärtsrichtung der HRBV-Vorrichtung 50 in der Vorwärtsrichtung relativ niedrig sein kann, kann man die HRBV-Vorrichtung 50 als Vorrichtung mit niedriger Zündspannung in Vorwärtsrichtung (LFTV) oder HRBV-LFTV-Vorrichtung bezeichnen. Der Abstand d1 zwischen der p-Wanne 44c und den p-Wannen 44b, 44d kann eine Breite der Basis des bipolaren NPN-Transistors 58 definieren, und kann verwendet werden, um die Zündspannung in Vorwärtsrichtung der HRBV-Vorrichtung 50 abzustimmen. Bei einer Umsetzung wird der Abstand d1 ausgewählt, um in dem Bereich von ungefähr 1,5 µm bis ungefähr 6,5 µm, beispielsweise bei ungefähr 4,5 µm, zu liegen.
  • Um dazu beizutragen zu verhindern, dass andere Sperrschichten die Zündspannung in Vorwärtsrichtung der HRBV-Vorrichtung 50 definieren, wie etwa Sperrschichten, die mit den seitlichen und senkrechten parasitären PNP Transistoren 51, 52, 54, verknüpft sind, können der erste Widerstand 61, der zweite Widerstand 62 und der dritte Widerstand 63 eine Größenordnung aufweisen, die ausgewählt wird, um relativ groß zu sein.
  • Weiter mit Bezug auf 5 wird bei gewissen Ausführungsformen der Abstand d2 zwischen der p-Wanne 44a und der n-Wanne 41a und zwischen der p-Wanne 44e und der n-Wanne 41b ausgewählt, um einen Durchbruch des ersten bipolaren PNP-Transistors 51, des zweiten bipolaren PNP-Transistors 52 und/oder des vierten bipolaren PNP-Transistors 54 auf einer Spannung unter der Durchbruchspannung des bipolaren NPN-Transistors 58 zu verhindern. Bei einer Umsetzung wird der Abstand d2 ausgewählt, um in dem Bereich von ungefähr 0,5 µm bis ungefähr 2,5 µm, beispielsweise bei ungefähr 2 µm, zu liegen.
  • Die in 5 und 6 gezeigte HRBV-Vorrichtung kann einer relativ großen Spannung zwischen der Kathode und Anode widerstehen und dabei einen relativ niedrigen Leckstrom bewahren. Beispielsweise kann die HRBV-Vorrichtung 40 bei gewissen Umsetzungen einen Leckstrom von weniger als ungefähr 40 pA für eine Rückwärtsspannung von ungefähr 40 V aufweisen. Die relativ hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung kann basierend auf einem Durchbruch zwischen der tiefen n-Wanne 46 und jeder der p-Wannen 44b, 44d bestimmt werden. Da die p-Wannen 44b, 44d und die tiefe n-Wanne 46 relativ leicht dotiert sein können, kann ein Sperrschichtdurchbruch auf einer relativ hohen Spannung erfolgen. Beispielsweise kann die Sperrschicht, die zwischen den p-Wannen 44b, 44d und der tiefen n-Wanne 46 gebildet ist, zu den höchsten spannungsblockierenden Sperrschichten bei gewissen fortgeschrittenen CMOS-, Hochspannungs-CMOS- und BCDMOS-Prozessen gehören.
  • Wie zuvor beschrieben, kann die HRBV-Vorrichtung 40 eine relativ hohe Sperrspannung in Rückwärtsrichtung und eine relativ niedrige Zündspannung in Vorwärtsrichtung aufweisen. Wenn somit eine Kontaktfläche unter Verwendung einer Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung und einer Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung geschützt wird, um jeweils vor positiven und negativen transienten elektrischen Ereignissen zu schützen, kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung eine erste HRBV-Vorrichtung umfassen, die eine Anode aufweist, die elektrisch an die Kontaktfläche angeschlossen ist, und die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung kann eine zweite HRBV-Vorrichtung umfassen, die eine Kathode aufweist, die elektrisch an die Kontaktfläche angeschlossen ist. Da die erste HRBV-Vorrichtung eine relativ niedrige Zündspannung in Vorwärtsrichtung aufweisen kann, kann die erste HRBV-Vorrichtung in der Vorwärtsschutzschaltung alleine oder kombiniert mit anderen Schutzelementen verwendet werden, um ein gewünschtes Schutzverhalten in Vorwärtsrichtung zu erreichen. Da zusätzlich die erste HRBV-Vorrichtung eine relativ große Sperrspannung in Rückwärtsrichtung aufweisen kann und einem großen negativen transienten elektrischen Ereignis an der Kontaktfläche ohne Durchbruch standhalten kann, kann die erste HRBV-Vorrichtung verwendet werden, um zu verhindern, dass die Vorwärtsschutzschaltung für negative transiente elektrische Ereignisse aktiviert wird. Ähnlich kann die zweite HRBV-Vorrichtung in die Rückwärtsschutzschaltung alleine oder kombiniert mit anderen Schutzelementen verwendet werden, um ein gewünschtes umgekehrtes Schutzverhalten zu erreichen, und kann verwendet werden, um zu verhindern, dass die Rückwärtsschutzschaltung für positive transiente elektrische Ereignisse aktiviert wird. Somit kann eine HRBV-Vorrichtung in jeder der Vorwärts- und/oder Rückwärtsschutzschaltungen enthalten sein, um dazu beizutragen, das Vorwärts- und Rückwärtsschutzverhalten getrennt abzustimmen, wodurch ein Verhalten der Kontaktflächen-Schutzschaltung erreicht wird, das für eine bestimmte Anwendung wünschenswert ist.
  • 7 ist ein Querschnitt einer anderen Ausführungsform einer HRBV-Vorrichtung 60. Die HRBV-Vorrichtung 60 aus 7 ist ähnlich wie die HRBV-Vorrichtung 40 aus 4. Im Gegensatz zur HRBV-Vorrichtung 40 aus 4 umfasst die HRBV-Vorrichtung 60 aus 7 jedoch ferner die n-Wannen 41c, 41d. Beispielsweise wurde die n-Wanne 41c zwischen der p-Wanne 44b und der p-Wanne 44c bereitgestellt, und die n-Wanne 41d wurde zwischen der p-Wanne 44c und der p-Wanne 44d bereitgestellt.
  • Die HRBV-Vorrichtung 60 kann eine Ersatzschaltung aufweisen, wie durch die Schaltung aus 6 gezeigt. Zusätzlich können die n-Wannen 41c, 41d als Basis des bipolaren NPN-Transistors 58 und als Kollektor für den dritten bipolaren PNP-Transistor 53 funktionieren. Das Einbeziehen der n-Wannen 41c, 41d kann den Kollektor-Emitter-Durchbruch des bipolaren NPN-Transistors 58 reduzieren, wodurch das Abstimmen der Zündspannung der HRBV-Vorrichtung 60 auf einen geringeren Wert ermöglicht wird.
  • 8 ist ein beschrifteter Querschnitt einer anderen Ausführungsform einer HRBV-Vorrichtung 70. 9 ist ein Ersatzschaltbild der HRBV-Vorrichtung 70 aus 8.
  • Der beschriftete Querschnitt der HRBV-Vorrichtung 70 umfasst ein p-leitendes Substrat 47, die n-leitenden aktiven Flächen 73a bis 73e, die p-leitenden aktiven Flächen 72a bis 72f, die n-Wannen 41a, 41b, die p-Wannen 44a bis 44e, die tiefe n-Wanne 46 und die Isolierbereiche 48. Der Querschnitt wurde beschriftet, um gewisse Schaltungsvorrichtungen zu zeigen, die durch die Anordnung gebildet sind, wie etwa die ersten bipolaren PNP-Transistoren 51a, 51b, die zweiten bipolaren PNP-Transistoren 52a, 52b, die dritten bipolaren PNP-Transistoren 53a, 53b, die vierten bipolaren PNP-Transistoren 54a, 54b, die bipolaren NPN-Transistoren 58a, 58b, die ersten Widerstände 61a, 61b, die zweiten Widerstände 62a, 62b, die dritten Widerstände 63a, 63b und die fünften Widerstände 69a, 69b.
  • Die ersten bipolaren PNP-Transistoren 51a, 51b können aus den p-Wannen 44b, 44d, den n-Wannen 41a, 41b und dem Substrat 47 gebildet sein, und können seitliche parasitäre PNP-Vorrichtungen sein. Der erste bipolare PNP-Transistor 51a kann einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 44b gebildet wird, eine Basis, die aus der n-Wanne 41a gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 47 gebildet wird. Ähnlich kann der erste bipolare PNP-Transistor 51b einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 44d gebildet wird, eine Basis, die aus der n-Wanne 41b gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 47 gebildet wird. Die zweiten bipolaren PNP-Transistoren 52a, 52b können aus den p-Wannen 44b, 44d, der tiefen n-Wanne 46 und dem Substrat 47 gebildet sein und können senkrechte parasitäre PNP-Vorrichtungen sein. Der zweite bipolare PNP-Transistor 52a kann einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 44b gebildet wird, eine Basis, die aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 47 gebildet wird. Ähnlich kann der zweite bipolare PNP-Transistor 52b einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 44d gebildet wird, eine Basis, die aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 47 gebildet wird.
  • Die dritten bipolaren PNP-Transistoren 53a, 53b können aus den p-Wannen 44b bis 44d und der tiefen n-Wanne 46 gebildet sein und können seitliche parasitäre PNP-Vorrichtungen sein. Beispielsweise kann der dritte bipolare PNP-Transistor 53a einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 44b gebildet wird, eine Basis, die aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus der p-Wanne 44c gebildet wird. Ähnlich kann der dritte bipolare PNP-Transistor 53b einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 44d gebildet wird, eine Basis, die aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus der p-Wanne 44c gebildet wird. Die vierten bipolaren PNP-Transistoren 54a, 54b können aus der p-Wanne 44c, der tiefen n-Wanne 46 und dem Substrat 47 gebildet sein und können senkrechte parasitäre PNP-Vorrichtungen sein. Die vierten bipolaren PNP-Transistoren 54a, 54b können jeweils einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 44c gebildet wird, eine Basis, die aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 47 gebildet wird.
  • Die bipolaren NPN-Transistoren 58a, 58b können aus der n-leitenden aktiven Fläche 73c, der p-Wanne 44c und der tiefen n-Wanne 46 gebildet sein und können seitliche parasitäre NPN-Vorrichtungen sein. Beispielsweise kann der bipolare NPN-Transistor 58a einen Emitter aufweisen, der aus der n-leitenden aktiven Fläche 73c gebildet wird, eine Basis, die aus der p-Wanne 44c gebildet wird, und einen Kollektor, der aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet wird. Ebenso kann der bipolare NPN-Transistor 58b einen Emitter aufweisen, der aus der n-leitenden aktiven Fläche 73c gebildet wird, eine Basis, die aus der p-Wanne 44c gebildet wird, und einen Kollektor, der aus der tiefen n-Wanne 46 gebildet wird.
  • Die ersten Widerstände 61a, 61b können aus dem Widerstand zwischen den Kollektoren der ersten bipolaren PNP-Transistoren 51a, 51b und den p-leitenden aktiven Flächen 72a, 72f gebildet sein. Beispielsweise kann der Widerstand auf den Wegen zwischen den Kollektoren der seitlichen bipolaren PNP-Transistoren 51a, 51b und der p-leitenden aktiven Flächen 72a, 72f durch die ersten Widerstände 61a, 61b modelliert werden. Ähnlich können die zweiten Widerstände 62a, 62b aus dem Widerstand zwischen den Kollektoren der zweiten bipolaren PNP-Transistoren 52a, 52b und den p-leitenden aktiven Flächen 72a, 72f gebildet sein, und die dritten Widerstände 63a, 63b können aus dem Widerstand zwischen den Kollektoren der vierten bipolaren PNP-Transistoren 54a, 54b und den p-leitenden aktiven Flächen 72a, 72f gebildet sein. Zusätzlich können die fünften Widerstände 69a, 69b aus dem Widerstand zwischen den Basen der bipolaren PNP-Transistoren 51a, 51b und der tiefen n-Wanne 46 gebildet sein.
  • Die p-leitenden aktiven Flächen 72a, 72f und die p-Wannen 44a, 44e können einen Schutzring um die HRBV-Vorrichtung 70 herum bilden. Der Schutzring kann verwendet werden, um die Bildung ungewollter parasitärer Wege zu eliminieren und beim Sammeln von mobilen Ladungen von dem Substrat, wodurch die HRBV-Vorrichtung 70 vor einem Latch-up geschützt wird, wie zuvor beschrieben.
  • Der Fachmann wird verstehen, dass der in 8 gezeigte Querschnitt der in 9 gezeigten Ersatzschaltung entsprechen kann. Beispielsweise können die ersten bipolaren PNP-Transistoren 51a, 51b durch einen ersten bipolaren PNP-Transistor 51 dargestellt werden, die zweiten bipolaren PNP-Transistoren 52a, 52b können durch einen zweiten bipolaren PNP-Transistor 52 dargestellt werden, die dritten bipolaren PNP-Transistoren 53a, 53b können durch einen dritten bipolaren PNP-Transistor 53 dargestellt werden, und die vierten bipolaren PNP-Transistoren 54a, 54b können durch einen vierten bipolaren PNP-Transistor 54 dargestellt werden. Ähnlich können die bipolaren NPN-Transistoren 58a, 58b durch einen bipolaren NPN-Transistor 58 dargestellt werden, die ersten Widerstände 61a, 61b können durch einen ersten Widerstand 61 dargestellt werden, die zweiten Widerstände 62a, 62b können durch einen zweiten Widerstand 62 dargestellt werden, die dritten Widerstände 63a, 63b können durch einen dritten Widerstand 63 dargestellt werden, und die fünften Widerstände 69a, 69b können durch einen fünften Widerstand 69 dargestellt werden. Der vierte Widerstand 68 (6) ist bei der in 8 und 9 abgebildeten Ausführungsform nicht vorhanden.
  • Mit Bezug auf 9 ist der Emitter des ersten bipolaren PNP-Transistors 51 elektrisch an die Emitter der zweiten und dritten bipolaren PNP-Transistoren 52, 53 an einem als Anode bezeichneten Knoten angeschlossen. Die Basis des ersten bipolaren PNP-Transistors 51 ist elektrisch an den Kollektor des bipolaren NPN-Transistors 58 an einem ersten Ende des fünften Widerstandes 69 und an die Basen der zweiten und dritten bipolaren PNP-Transistoren 52, 53 angeschlossen. Der Kollektor des ersten bipolaren PNP-Transistors 51 ist elektrisch an ein erstes Ende des ersten Widerstandes 61 angeschlossen. Der erste Widerstand 61 umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an eine Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist, wobei es sich um einen beliebigen geeigneten niederohmigen Knoten, wie etwa einen Masseknoten oder eine negative Spannungsversorgung, handeln kann. Der Kollektor des zweiten bipolaren PNP-Transistors 52 ist elektrisch an ein erstes Ende des zweiten Widerstandes 62 angeschlossen. Der zweite Widerstand 62 umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an die Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist.
  • Die Basis des bipolaren NPN-Transistors 58 ist elektrisch an den Kollektor des dritten bipolaren PNP-Transistors 53 und an einen Emitter des vierten bipolaren PNP-Transistors 54 angeschlossen. Der Emitter des bipolaren NPN-Transistors 58 ist elektrisch an einen als Kathode bezeichneten Knoten angeschlossen. Die Basis des vierten bipolaren PNP-Transistors 54 ist elektrisch an ein zweites Ende des fünften Widerstandes 69 angeschlossen, und der Kollektor des vierten bipolaren PNP-Transistors 54 ist elektrisch an ein erstes Ende des dritten Widerstandes 63 angeschlossen. Der dritte Widerstand 63 umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an die Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist.
  • Die HRBV-Vorrichtung 80 kann eine IC vor einem transienten elektrischen Ereignis schützen, das bewirkt, dass die Spannung der Anode im Verhältnis zur Spannung der Kathode ansteigt. Die Emitter-Basis-Sperrschichten der bipolaren PNP-Transistoren 51 bis 53 können eine Spannung bereitstellen, die ungefähr gleich der Anodenspannung zum Kollektor des bipolaren NPN-Transistors 58 ist. Während eines transienten elektrischen Ereignisses, das die Spannung der Anode im Verhältnis zur Spannung der Kathode erhöht, kann die Spannung am Kollektor des bipolaren NPN-Transistors 58 ansteigen, bis die relativ niedrige Kollektor-Emitter Durchbruchspannung des bipolaren NPN-Transistors 58 mit offener Basis erreicht ist. Der Durchbruch des Kollektor-Emitters des bipolaren NPN-Transistors 58 kann einen Stromfluss durch den bipolaren PNP-Transistor mit offener Basis 53 auf einer relativ niedrigen Spannung stimulieren, wie etwa die niedrigen Spannungen, die bei bestimmten Kraftfahrzeug-Infotainment-Anwendungen verwendet werden. Der Stromfluss durch den bipolaren PNP-Transistor 53 kann bewirken, dass die Emitter-Basis-Sperrschicht des bipolaren NPN-Transistors 58 in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird, wodurch ein verstärkter Stromfluss durch den bipolaren NPN-Transistor 58 stimuliert wird und die HRBV-Vorrichtung 80 in einen niederohmigen regenerativen Zustand mit Doppelträgereinkopplung versetzt wird, der die Zündspannung in Vorwärtsrichtung der HRBV-Vorrichtung 80 definiert.
  • Wie zuvor beschrieben, kann die Zündspannung in Vorwärtsrichtung der HRBV-Vorrichtung 80 relativ niedrig sein und kann durch den gekoppelten Verstärkungseffekt des bipolaren NPN-Transistors mit offener Basis 58 und des bipolaren PNP-Transistors mit offener Basis 53 definiert sein. Da die Zündspannung in Vorwärtsrichtung der HRBV-Vorrichtung 80 relativ niedrig sein kann und geringer als die der HRBV-LFTV Vorrichtung aus 6 sein kann, kann man die HRBV-Vorrichtung 80 aus 9 als Vorrichtung mit einer sehr niedrigen Zündspannung in Vorwärtsrichtung (VLFTV) oder HRBV-VLFTV-Vorrichtung bezeichnen.
  • Die in 8 und 9 gezeigte HRBV-Vorrichtung kann einer relativ großen Spannung zwischen der Kathode und der Anode widerstehen und dabei einen relativ niedrigen Leckstrom bewahren. Die relativ hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung kann basierend auf einem Durchbruch zwischen der tiefen n-Wanne 46 und jeder der p-Wannen 44b, 44d bestimmt werden. Da die p-Wannen 44b, 44d und die tiefe n-Wanne 46 relativ leicht dotiert sein können, kann ein Sperrschichtdurchbruch auf einer relativ hohen Spannung erfolgen. Beispielsweise kann der Durchbruch zwischen den p-Wannen 44b, 44d und der tiefen n-Wanne 46 zu den höchsten spannungsblockierenden Sperrschichten bei bestimmten weiterentwickelten CMOS-, Hochspannungs-CMOS- und BCDMOS-Prozessen gehören, beispielsweise bei einem Prozess, der für Schaltungsanwendungen mit ungefähr 20 V optimiert ist, größer als ungefähr 45 V sein.
  • 10 ist ein Querschnitt einer anderen Ausführungsform einer HRBV-Vorrichtung 90. Die HRBV-Vorrichtung 90 aus 10 ist ähnlich wie die HRBV-Vorrichtung 70 aus 8. Im Gegensatz zu der HRBV-Vorrichtung 70 aus 8 umfasst die HRBV-Vorrichtung 90 aus 10 jedoch ferner die n-Wannen 41c, 41d. Beispielsweise wurde die n-Wanne 41c zwischen der p-Wanne 44b und der p-Wanne 44c bereitgestellt, und die n-Wanne 41d wurde zwischen der p-Wanne 44c und der p-Wanne 44d bereitgestellt. Das Einbeziehen der n-Wannen 41c, 41d kann dazu beitragen, eine sehr niedrige Zündspannung für die HRBV-Vorrichtung 90 zu erreichen.
  • Die HRBV-Vorrichtung 90 kann eine Ersatzschaltung aufweisen, wie sie durch die Schaltung aus 9 gezeigt wird. Zusätzlich können die n-Wannen 41c, 41d als Basis des bipolaren NPN-Transistors 58 und als Kollektor für den dritten bipolaren PNP-Transistor 53 funktionieren. Das Einbeziehen der n-Wannen 41c, 41d kann den Kollektor-Emitter-Durchbruch des bipolaren NPN-Transistors 58 reduzieren, was zum Abstimmen der sehr niedrigen Zündspannung der HRBV-Vorrichtung 90 beiträgt.
  • 11A ist ein schematisches Diagramm eines Eingangstreibers 100, der eine Schutzschaltung gemäß einer Ausführungsform verwendet. Der Eingangstreiber 100 ist elektrisch zwischen den ersten und zweiten Spannungsreferenzen V1, V2 angeschlossen, die beispielsweise jeweils negative und positive Energieversorgungen sein können. Der Eingangstreiber 100 umfasst einen invertierenden Eingang, der elektrisch mit einer ersten Kontaktfläche 27a durch einen ersten Widerstand 102a gekoppelt ist, und einen nicht invertierenden Eingang, der elektrisch mit einer zweiten Kontaktfläche 27b durch einen zweiten Widerstand 102b gekoppelt ist. Um Schutz für den Eingangstreiber 100 vor transienten elektrischen Ereignissen bereitzustellen, wurden die Schutzschaltungen 85a, 85b und die sekundären Schutzschaltungen 101a, 101b bereitgestellt. Der Eingangstreiber 100 kann in einem Videoverstärker für eine Kraftfahrzeug-Infotainment-Anwendung oder in einer beliebigen anderen geeigneten Schaltung verwendet werden.
  • Die Schutzschaltung 85a umfasst ein erstes Ende, das elektrisch an die erste Kontaktfläche 27a angeschlossen ist, und ein zweites Ende, das elektrisch an die erste Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist, und die Schutzschaltung 85b umfasst ein erstes Ende, das elektrisch an die zweite Kontaktfläche 27b angeschlossen ist, und ein zweites Ende, das elektrisch an die erste Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist. Die Kontaktflächen-Schutzschaltungen 85a, 85b können HRBV-Vorrichtungen umfassen, die abgestimmt sind, um ein gewünschtes Schutzverhalten in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung für den Eingangstreiber 100 zu erreichen, wie es nachstehend mit Bezug auf 11B-11C beschrieben wird.
  • Wie in 11A abgebildet, können sekundäre Schutzschaltungen zusätzlich zu den Schutzschaltungen, die HRBV-Vorrichtungen umfassen, bereitgestellt werden. Beispielsweise wurde die sekundäre Schutzschaltung 101a elektrisch zwischen der zweiten Spannungsreferenz V2 und dem invertierenden Eingang des Eingangstreibers 100 angeschlossen, und die sekundäre Schutzschaltung 101b wurde elektrisch zwischen der zweiten Spannungsreferenz V2 und dem nicht invertierenden Eingang des Eingangstreibers 100 angeschlossen. Das Einbeziehen von sekundären Schutzschaltungen, wie etwa den sekundären Schutzschaltungen 101a, 101b, kann beim Bereitstellen eines Hilfsschutzes vor transienten elektrischen Ereignissen und einer Blockierungsfunktionalität unmittelbar an den Eingängen des Eingangstreibers behilflich sein.
  • 11B ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer Schutzschaltung 85 zur Verwendung mit dem Eingangstreiber aus 11A. Die Schutzschaltung 85 umfasst eine Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a und eine Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung 23b, die jeweils elektrisch zwischen der Kontaktfläche 27 und der Spannungsreferenz V1 angeschlossen sind. Die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a umfasst eine erste HRBV-Vorrichtung 50a, eine erste bipolare PNP-MOS-Vorrichtung mit hoher Haltespannung 105a und eine zweite bipolare PNP-MOS-Vorrichtung mit hoher Haltespannung 105b. Die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung 23b umfasst eine zweite HRBV-Vorrichtung 50b. Die Schutzschaltung 85 kann verwendet werden, um jede geeignete Kontaktfläche, wie etwa die Kontaktflächen 27a, 27b aus 11A, vor transienten elektrischen Ereignissen zu schützen.
  • Die erste HRBV-Vorrichtung 50a umfasst eine Anode, die elektrisch an die Kontaktfläche 27 angeschlossen ist, und eine Kathode, die elektrisch an ein erstes Ende der ersten PNP-MOS-Vorrichtung 105a angeschlossen ist. Die erste PNP-MOS-Vorrichtung 105a umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an ein erstes Ende der zweiten PNP-MOS-Vorrichtung 105b angeschlossen ist. Die zweite PNP-MOS-Vorrichtung 105b umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an die Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist. Die zweite HRBV-Vorrichtung 50b umfasst eine Anode, die elektrisch an die Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist, und eine Kathode, die elektrisch an die Kontaktfläche 27 angeschlossen ist.
  • Die ersten und zweiten HRBV-Vorrichtungen 50a, 50b können eine beliebige geeignete HRBV-Vorrichtung sein, einschließlich beispielsweise die in 6 gezeigte HRBV-LFTV-Vorrichtung 50. Wie abgebildet, können die ersten und zweiten HRBV-Vorrichtungen 50a, 50b alleine oder kombiniert mit anderen Schutzvorrichtungen bereitgestellt werden, um ein gewünschtes Schutzverhalten in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zu erzielen. Beispielsweise wurde die erste HRBV-Vorrichtung 50a elektrisch in einer Kaskade mit den ersten und zweiten PNP-MOS-Vorrichtungen 105a, 105b geschaltet, um das gewünschte Schutzverhalten in Vorwärtsrichtung bereitzustellen, und die zweite HRBV-Vorrichtung 50b wurde ohne zusätzliche Vorrichtungen bereitgestellt, um das gewünschte Schutzverhalten in Rückwärtsrichtung bereitzustellen. Die HRBV-Vorrichtungen 50a, 50b können verwendet werden, um ein gewünschtes Schutzverhalten in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zu erzielen, auch wenn die Durchbruchspannungen in Rückwärtsrichtung der anderen Vorrichtungen, die hinzugefügt wurden, um die angestrebten Betriebsbedingungen zu erreichen, wie etwa die PNP-MOS-Vorrichtungen 105a, 105b in Reihe mit der ersten HRBV-Vorrichtung 50a, keine relativ hohen Durchbruchspannungen in Rückwärtsrichtung aufweisen.
  • Da die erste HRBV-Vorrichtung 25a eine relativ große Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung aufweisen kann, kann das Einbeziehen der ersten HRBV-Vorrichtung 50a in der Vorwärtsschutzschaltung 23a mit der Anode, die elektrisch mit der Kontaktfläche 27 gekoppelt ist, und der Kathode, die elektrisch mit der Spannungsreferenz V1 gekoppelt ist, verhindern, dass die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a für ein transientes Signalereignis, das eine negative Signalspannung aufweist, aktiviert wird, wodurch es der Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung 23b ermöglicht wird, den gewünschten Schutz vor negativen transienten elektrischen Ereignissen bereitzustellen. Ähnlich kann das Einbeziehen der zweiten HRBV-Vorrichtung 50b in die Rückwärtsschutzschaltung 23b mit der Kathode, die elektrisch mit der Kontaktfläche 27 gekoppelt ist, und der Anode, die elektrisch mit der Spannungsreferenz V1 gekoppelt ist, die Rückwärtsschutzschaltung 23b daran hindern, für ein transientes Signalereignis, das eine positive Signalspannung aufweist, aktiviert zu werden, wodurch es der Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a ermöglicht wird, den gewünschten Schutz vor positiven transienten elektrischen Ereignissen bereitzustellen. Zusätzlich können die ersten und zweiten HRBV-Vorrichtungen 25a, 25b relativ niedrige Zündspannungen in Vorwärtsrichtung aufweisen, wodurch es ermöglicht wird, die Vorwärts- und Rückwärtsschutzschaltungen 23a, 23b mit anderen Vorrichtungen zu kaskadieren, um das gewünschte Schutzverhalten in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zu erreichen. Somit kann das Einbeziehen der ersten und zweiten HRBV-Vorrichtungen 50a, 50b dabei behilflich sein, es den Kontaktflächen-Schutzschaltungen in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung 23a, 23b zu ermöglichen, getrennt abgestimmt zu werden, wodurch ein Kontaktflächen-Schutzschaltungsverhalten erreicht wird, das für eine bestimmte Anwendung wünschenswert ist.
  • Jede der PNP-MOS-Vorrichtungen 105a, 105b umfasst ein erstes Ende, ein zweites Ende, einen Widerstand 106 und einen bipolaren PNP-MOS-Transistor 107, der aus einem P-MOS-Transistor gebildet ist. Der parasitäre bipolare PNP-MOS-Transistor 107 kann einen Emitter aufweisen, der aus der Source des P-MOS-Transistors gebildet ist, einen Kollektor, der aus dem Drain des P-MOS-Transistors gebildet ist, und eine Basis, die aus der Wanne des P-MOS-Transistors gebildet ist. Das erste Ende jeder parasitären P-MOS-Vorrichtung ist elektrisch an den Emitter des bipolaren PNP-MOS-Transistors 107, an ein erstes Ende des Widerstandes 106 und an ein Gate des P-MOS-Transistors angeschlossen. Das zweite Ende jeder parasitären PNP-MOS-Vorrichtung ist elektrisch an den Kollektor des bipolarer PNP-MOS-Transistor 107 angeschlossen. Der Widerstand 106 umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an die Basis des bipolaren PNP-MOS-Transistors 107 angeschlossen ist. Zusätzliche Einzelheiten der PNP-MOS-Vorrichtungen 105a, 105b können ausgestaltet sein, wie es nachstehend mit Bezug auf 12 beschrieben wird.
  • Obwohl die erste HRBV-Vorrichtung 50a abgebildet ist, wie sie mit den bipolaren PNP-MOS-Vorrichtungen 105a, 105b in Verbindung mit ihren hohen Haltespannungseigenschaften für einen Emitter-zu-Kollektor-Belastungszustand kaskadiert ist, wird der Fachmann verstehen, dass die bipolaren PNP-MOS-Vorrichtungen 105a, 105b nur ein Beispiel einer Schutzvorrichtung sind, die mit den hier beschriebenen HRBV-Vorrichtungen kaskadiert werden kann. Beispielsweise kann eine beliebige geeignete Schutzvorrichtung, die beispielsweise P-MOS-Transistoren, N-MOS-Transistoren, PNP-Transistoren, NPN-Transistoren, siliziumgesteuerte Gleichrichterstrukturen und/oder Dioden umfasst, bei bestimmten Umsetzungen mit HRBV-Vorrichtungen kaskadiert sein. Beispielsweise kann die erste HRBV-Vorrichtung 50a mit einem N-MOS, zwei N-MOS, einem N-MOS und einem P-MOS, einem N-MOS und einem siliziumgesteuerten Gleichrichter, einem P-MOS und einem siliziumgesteuerten Gleichrichter, zwei siliziumgesteuerten Gleichrichtervorrichtungen, einem PNP-Transistor, zwei PNP-Transistoren, einem NPN-Transistor, zwei NPN-Transistoren, einem NPN- und einem PNP-Transistor und/oder einer beliebigen geeigneten Kombination von Schutzvorrichtungen, die dimensioniert und ausgewählt sind, um einen relativ großen Strom unter Verwendung einer relativ kleinen Zellengrundfläche zu unterstützen, kaskadiert sein.
  • 11C ist eine Grafik 110 der Übertragungsleitungsimpuls- (TLP) Labordaten für ein Beispiel der Schutzschaltung 85 aus 11B. Die abgebildete Grafik 110 zeigt die TLP-Spannung zum TLP-Strom und den TLP-Strom zum Leckstrom für eine Umsetzung der Schutzschaltung 85.
  • Die Grafik 110 bildet ab, dass die Kontaktflächen-Schutzschaltung 85 ein asymmetrisches bidirektionales Schutzverhalten aufweisen kann. Beispielsweise kann die Kontaktflächen-Schutzschaltung aus nahezu statischen Strom-Spannung-TLP-Labormessungen eine Zündspannung in Vorwärtsrichtung VT-F von ungefähr 29,5 V, eine Haltespannung in Vorwärtsrichtung VH-F von ungefähr 18,5 V, eine Zündspannung in Rückwärtsrichtung VT-F von ungefähr -12,5 V und eine Haltespannung in Rückwärtsrichtung VH-R von ungefähr -2,4 V aufweisen. Zusätzlich weist die Kontaktflächen-Schutzschaltung einen relativ niedrigen Leckstrom unter normalen Betriebsbedingungen von weniger als ungefähr 500 pA auf einer normalen Betriebsspannung auf, und zwar bei dieser Konfiguration für Anwendungen, die zwischen ungefähr 10 V und ungefähr 18 V funktionieren, und die in dem Bereich von ungefähr 25 V bis ungefähr 30 V in der positiven Richtung und in dem Bereich von ungefähr -12 V bis ungefähr -15 V in der negativen Richtung gezündet werden sollen. Die zuvor beschriebenen relativ strengen Betriebsbedingungen sind ein Beispiel einer Anforderung für neu entstehende Signalaufbereitungs-Schaltungen in Null-Fehler-Kraftfahrzeug-IC-Anwendungen, von denen ebenfalls verlangt wird, dass sie an bestimmten Ein-/Ausgangsstiften relativ hohe Belastungsbedingungen unterstützen, die bis zu über 8000 V HBM (menschliches Körpermodell) gehen können.
  • Obwohl die Grafik 110 ein Beispiel eines Schutzverhaltens in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zeigt, wird der Fachmann verstehen, dass eine andere Anordnung von Schutzvorrichtungen in der Schutzschaltung 85 kaskadiert sein kann, um ein gewünschtes Schutzverhalten zu erreichen. Beispielsweise kann die erste HRBV-Vorrichtung 50a mit einem N-MOS, zwei N-MOS, einem N-MOS und einem P-MOS, einem N-MOS und einem siliziumgesteuerten Gleichrichter, einem P-MOS und einem siliziumgesteuerten Gleichrichter, zwei siliziumgesteuerten Gleichrichtervorrichtungen, einem PNP-Transistor, zwei PNP-Transistoren, einem NPN-Transistor, zwei NPN-Transistoren, einem NPN- und einem PNP-Transistor und/oder einer beliebigen geeigneten Kombination von Schutzvorrichtungen, die dimensioniert und ausgewählt sind, um einen relativ großen Strom unter Verwendung einer relativ kleinen Zellengrundfläche zu unterstützen, kaskadiert sein.
  • 12 ist ein Querschnitt eines Beispiels einer PNP-MOS-Vorrichtung 105 zur Verwendung mit der Schutzschaltung aus 11B. Die PNP-MOS-Vorrichtung 105 bildet eine Umsetzung der PNP-MOS-Vorrichtungen 105a, 105b aus 11B ab. Die PNP-MOS-Vorrichtung 105 umfasst ein p-leitendes Substrat 47, die n-leitenden aktiven Flächen 113a, 113b, die p-leitenden aktiven Flächen 112a bis 112f, die n-Wanne 111, die p-Wannen 114a, 114b, die tiefe n-Wanne 46, die Isolierbereiche 48, die Gate-Oxide 115a, 115b und die Gates 116a, 116b.
  • Ein bipolarer PNP-MOS-Transistor kann aus dem abgebildeten Querschnitt gebildet sein. Beispielsweise können die p-leitenden aktiven Flächen 112c, 112d als Kollektor des bipolaren PNP-Transistors funktionieren, die p-leitenden aktiven Flächen 112b, 112e können als Emitter des bipolaren PNP-Transistors funktionieren, und die n-Wanne 111 und die n-leitenden aktiven Flächen 113a, 113b können als Basis des bipolaren PNP-Transistors funktionieren. Obwohl der abgebildete Querschnitt auch eine P-MOS-Struktur umfasst, die mit den p-leitenden aktiven Flächen 112b bis 112e, den Gates 116a, 116b, den Gate-Oxiden 115a, 115b und der n-Wanne 111 verknüpft ist, spielt die abgebildete P-MOS-Struktur eine relativ zweitrangige Rolle beim Bereitstellen des Schutzes vor transienten elektrischen Ereignissen. Stattdessen wurde die P-MOS-Struktur verwendet, um eine parasitäre bipolare PNP-MOS-Vorrichtung zu erstellen. Das Bilden eines bipolaren PNP-MOS-Transistors aus einer P-MOS-Struktur kann aus verschiedenen Gründen nützlich sein, wie etwa zum Bereitstellen einer bipolaren PNP-Vorrichtung zum Schutz vor transienten elektrischen Ereignissen in einem Prozess ohne dedizierte bipolare Transistormasken.
  • Die p-leitenden aktiven Flächen 112a, 112f und die p-Wannen 114a, 114b können einen Schutzring um die PNP-MOS-Vorrichtung 105 herum bilden. Der Schutzring kann verwendet werden, um die Bildung unbeabsichtigter parasitärer Wege zu eliminieren, und kann beim Sammeln mobiler Ladungen von dem Substrat verwendet werden, wodurch die Vorrichtung vor einem Latch-up geschützt wird. Wie abgebildet, können die p-Wannen 114a, 114b von der n-Wanne 111 beabstandet sein, um dazu beizutragen, die ungewollte Aktivierung von PNP-Vorrichtungen zu verhindern, die Emitter-, Basis- und Kollektor-Sperrschichten aufweisen, die jeweils aus den p-Wannen 114a, der n-Wanne 111 und den p-leitenden aktiven Flächen 112b-1 12e gebildet sind.
  • 13A ist ein schematisches Diagramm eines Ausgangstreibers 120, der eine Schutzschaltung gemäß einer Ausführungsform verwendet. Der Ausgangstreiber 120 ist elektrisch zwischen ersten und zweiten Spannungsreferenzen V1, V2 angeschlossen, die jeweils beispielsweise negative und positive Energieversorgungen sein können. Der Ausgangstreiber 120 umfasst einen nicht invertierenden Eingang, einen invertierenden Eingang und einen Ausgang. Das abgebildete Schema umfasst auch eine Kontaktfläche 27, die ersten und zweiten Widerstände 126, 127, die n-leitenden und p-leitenden Feldeffekttransistoren 122, 123, einen Ausgangsregelblock 121 und eine Schutzschaltung 125. Der Ausgangstreiber 120 kann in einem Videoverstärker für eine Kraftfahrzeug-Infotainment-Anwendung oder in einer beliebigen anderen geeigneten Schaltung verwendet werden.
  • Der Ausgang des Ausgangstreibers 120 ist elektrisch an die Sources und das Substrat der n-leitenden und p-leitenden Feldeffekttransistoren 122, 123 angeschlossen. Die Drains der n-leitenden und p-leitenden Feldeffekttransistoren 122, 123 sind elektrisch an die Kontaktfläche 27 angeschlossen, und die Gates der n-leitenden und p-leitenden Feldeffekttransistoren 122, 123 sind elektrisch an den Ausgangsregelblock 121 angeschlossen. Der Ausgangsregelblock 121 kann verwendet werden, um die Kanalimpedanz der n-leitenden und p-leitenden Feldeffekttransistoren 122, 123 zu variieren, wodurch es dem Ausgangstreiber 120 ermöglicht wird, die Kontaktfläche 27 anzusteuern.
  • Der erste Widerstand 126 umfasst ein erstes Ende, das elektrisch an die Kontaktfläche 27 angeschlossen ist, und ein zweites Ende, das elektrisch an ein erstes Ende des zweiten Widerstandes 127 und an den umgekehrten Eingang des Ausgangstreibers 120 angeschlossen ist. Der zweite Widerstand 127 umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an die erste Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist. Die ersten und zweiten Widerstände 126, 127 können verwendet werden, um ein Signal, das den Spannungspegel der Kontaktfläche 27 angibt, dem umgekehrten Eingang des Ausgangstreibers 120 bereitzustellen.
  • Die Kontaktflächen-Schutzschaltung 125 umfasst ein erstes Ende, das elektrisch an die Kontaktfläche 27 angeschlossen ist, und ein zweites Ende, das elektrisch an die erste Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist. Die Kontaktflächen-Schutzschaltung 125 kann eine oder mehrere HRBV-Vorrichtungen umfassen, die abgestimmt sind, um ein gewünschtes Schutzverhalten in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, wozu ein asymmetrisches Schutzverhalten in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gehört, für den Ausgangstreiber 120 zu erreichen, wie es nachstehend mit Bezug auf 13B bis 13E beschrieben wird.
  • 13B ist ein schematisches Diagramm eines Beispiels einer Schutzschaltung 125 zur Verwendung mit dem Ausgangstreiber 120 aus 13A. Die Schutzschaltung 125 umfasst eine Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a und eine Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung 23b, die jeweils elektrisch zwischen der Kontaktfläche 27 und der Spannungsreferenz V1 angeschlossen sind. Die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a umfasst eine erste HRBV-Vorrichtung 50, eine erste bipolare PNP-MOS-Vorrichtung 105a und eine zweite bipolare PNP-MOS-Vorrichtung 105b. Die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung 23b umfasst eine zweite HRBV-Vorrichtung 80. Die Schutzschaltung 125 kann verwendet werden, um eine beliebige geeignete Kontaktfläche, wie etwa die Kontaktfläche 27 aus 13A, vor transienten elektrischen Ereignissen zu schützen.
  • Die erste HRBV-Vorrichtung 50 umfasst eine Anode, die elektrisch an die Kontaktfläche 27 angeschlossen ist, und eine Kathode, die elektrisch an ein erstes Ende der ersten PNP-MOS-Vorrichtung 105a angeschlossen ist. Die erste PNP-MOS-Vorrichtung 105a umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an ein erstes Ende der zweiten PNP-MOS-Vorrichtung 105b angeschlossen ist. Die zweite PNP-MOS-Vorrichtung 105b umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an die Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist. Die zweite HRBV-Vorrichtung 80 umfasst eine Anode, die elektrisch an die Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist, und eine Kathode, die elektrisch an die Kontaktfläche 27 angeschlossen ist.
  • Die ersten und zweiten HRBV-Vorrichtungen 50, 80 können eine beliebige geeignete HRBV-Vorrichtung sein. Beispielsweise kann die erste HRBV-Vorrichtung 50 die in 6 gezeigte HRBV-LFTV Vorrichtung 50 sein, und die zweite HRBV-Vorrichtung 80 kann die in 9 gezeigte HRBV-VLFTV Vorrichtung 80 sein. Wie abgebildet, können die ersten und zweiten HRBV-Vorrichtungen 50, 80 alleine oder kombiniert mit anderen Schutzvorrichtungen bereitgestellt werden, um ein gewünschtes Schutzverhalten in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zu erzielen. Beispielsweise wurde die erste HRBV-Vorrichtung 50 mit den ersten und zweiten PNP-MOS-Vorrichtungen 105a, 105b kaskadiert, um das gewünschte Schutzverhalten in Vorwärtsrichtung bereitzustellen, und die zweite HRBV-Vorrichtung 80 wurde ohne zusätzliche Vorrichtungen bereitgestellt, um das gewünschte Schutzverhalten in Rückwärtsrichtung bereitzustellen. Zusätzliche Einzelheiten über die ersten und zweiten PNP-MOS-Vorrichtungen 105a, 105b können wie zuvor beschrieben sein.
  • Obwohl die erste HRBV-Vorrichtung 50 als mit den parasitären bipolaren PNP-Vorrichtungen 105a, 105b kaskadiert abgebildet ist, wird der Fachmann verstehen, dass die bipolaren PNP-MOS-Vorrichtungen 105a, 105b nur ein Beispiel einer Schutzvorrichtung sind, die mit den hier beschriebenen HRBV-Vorrichtungen kaskadiert sein kann. Beispielsweise kann eine beliebige geeignete Vorrichtung, die beispielsweise P-MOS-Transistoren, N-MOS-Transistoren, PNP-Transistoren, NPN-Transistoren, siliziumgesteuerte Gleichrichterstrukturen und/oder Dioden umfasst, bei bestimmten Umsetzungen mit den HRBV-Vorrichtungen kaskadiert sein. Obwohl zusätzlich die zweite HRBV-Vorrichtung 80 die einzige Schutzvorrichtung ist, die in der Rückwärtsschutzschaltung 23b abgebildet ist, können andere Schutzvorrichtungen in der Rückwärtsschutzschaltung 23b enthalten sein, um ein gewünschtes Betriebsverhalten zu erzielen. Beispielsweise kann die HRBV-Vorrichtung 80 mit einer oder mehreren anderen Vorrichtungen kaskadiert sein, die angemessen dimensioniert und optimiert sind, um einen relativ großen Strom zu unterstützen, wie etwa mit einem N-MOS-Transistor, einem P-MOS-Transistor, einem siliziumgesteuerten Gleichrichter, einem PNP-Transistor, einem NPN-Transistor und/oder einer beliebigen geeigneten Kombination davon, die verwendet werden kann, um unter Verwendung einer relativ kleinen Schutzzellengrundfläche gewisse Betriebsbedingungen zu erreichen, wie es der Fachmann verstehen wird.
  • 13C ist eine Grafik 129 von Übertragungsleitungsimpuls- (TLP) Labordaten für ein Beispiel der Schutzschaltung 125 aus 13B, die für die negativen und positiven Belastungsbedingungen getestet wird. Die abgebildete Grafik 129 zeigt die TLP-Spannung zum TLP-Strom und den TLP-Strom zum Leckstrom auf vorbestimmten Leckstrom-Testspannungen.
  • Die Grafik 129 bildet ab, dass die Kontaktflächen-Schutzschaltung 125 ein asymmetrisches bidirektionales Schutzverhalten aufweisen kann. Beispielsweise weist die Kontaktflächen-Schutzschaltung eine Zündspannung in Vorwärtsrichtung VT-F von ungefähr 29,5 V, eine Haltespannung in Vorwärtsrichtung VH-F von ungefähr 18,5 V, eine Zündspannung in Rückwärtsrichtung VT-F von ungefähr -3,2 V und eine Haltespannung in Rückwärtsrichtung VH-R von ungefähr -1,3 V auf. Zusätzlich weist die Kontaktflächen-Schutzschaltung einen relativ niedrigen Leckstrom von weniger als 500 pA unter Betriebsbedingungen auf, und zwar bei dieser Konfiguration für Anwendungen, die zwischen ungefähr -0,7 V und ungefähr 18 V funktionieren und abgestimmt sind, um in dem Bereich von ungefähr 25 V bis ungefähr 30 V in der positiven Richtung und weniger als ungefähr -5 V in der negativen Richtung gezündet zu werden.
  • 13D ist ein schematisches Diagramm einer anderen beispielhaften Umsetzung der Schutzschaltung 125 aus 13A. Die abgebildete Schutzschaltung kann beispielsweise für Anwendungen verwendet werden, die niedrige Betriebs- und Haltespannungen in Vorwärtsrichtung aufweisen, wie etwa solche über ungefähr 15 V doch weniger als ungefähr 18 V, und die sehr niedrige Zündspannungen in Rückwärtsrichtung aufweisen. Die Schutzschaltung 125 umfasst eine Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a und eine Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung 23b, die jeweils elektrisch zwischen der Kontaktfläche 27 und der Spannungsreferenz V1 angeschlossen sind. Die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a umfasst eine erste bipolare PNP-MOS-Vorrichtung 105a und eine zweite bipolare PNP-MOS-Vorrichtung 105b und eine siliziumgesteuerte P-MOS-Gleichrichter- (SCR) Vorrichtung 140. Die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung 23b umfasst eine HRBV-Vorrichtung 50. Die Schutzschaltung 125 kann verwendet werden, um eine beliebige geeignete Kontaktfläche, wie etwa die Kontaktfläche 27 aus 13A, vor transienten elektrischen Ereignissen zu schützen.
  • Die erste PNP-MOS-Vorrichtung 105a umfasst ein erstes Ende, das elektrisch an die Kontaktfläche 27 angeschlossen ist, und ein zweites Ende, das elektrisch an ein erstes Ende der zweiten PNP-MOS-Vorrichtung 105b angeschlossen ist. Die zweite PNP-MOS-Vorrichtung 105b umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an eine Anode der P-MOS-SCR-Vorrichtung 140 angeschlossen ist. Die P-MOS-SCR-Vorrichtung 140 umfasst ferner eine Kathode, die elektrisch an die Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist. Die HRBV-Vorrichtung 50 umfasst eine Anode, die elektrisch an die die Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist, und eine Kathode, die elektrisch an die Kontaktfläche 27 angeschlossen ist.
  • Die HRBV-Vorrichtung 80 kann eine geeignete HRBV-Vorrichtung sein, wie etwa die in 9 gezeigte HRBV-VLFTV-Vorrichtung 80. Wie zuvor beschrieben, kann die HRBV-Vorrichtung 80 alleine oder kombiniert mit anderen Schutzvorrichtungen bereitgestellt werden, um ein gewünschtes Schutzverhalten in Rückwärtsrichtung zu erzielen.
  • Im Gegensatz zu der Schutzvorrichtung in Rückwärtsrichtung 23b umfasst die Schutzvorrichtung in Vorwärtsrichtung 23a keine HRBV-Vorrichtung. Bei bestimmten Ausführungsformen ist es nicht notwendig, dass HRBV-Vorrichtungen sowohl in den Kontaktflächen-Schutzschaltungen in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung 23a, 23b enthalten sind. Beispielsweise kann bei Umsetzungen, bei denen die gewünschten Halte- und Zündspannungen in Rückwärtsrichtung relativ niedrig sind (beispielsweise weniger als ungefähr 10 V), eine HRBV-Vorrichtung aus der Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a ausgelassen werden. Ähnlich kann, wenn die gewünschten Halte- und Zündspannungen in Vorwärtsrichtung relativ niedrig sind, eine HRBV-Vorrichtung aus der Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung 23b ausgelassen werden.
  • Die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung 23a umfasst die ersten und zweiten PNP-MOS-Vorrichtungen 105a, 105b und die P-MOS-SCR-Vorrichtung 140. Die ersten und zweiten PNP-MOS-Vorrichtungen 105a, 105b können wie zuvor beschrieben sein und können beispielsweise einen Widerstand 106 mit einem hohen Wert umfassen, der einen Widerstand von mehr als ungefähr 1 M-Ohm aufweist. Die P-MOS-SCR-Vorrichtung 140 kann wie nachstehend mit Bezug auf 14 und 15 beschrieben sein.
  • 13E ist eine Grafik 139 von Übertragungsleitungsimpuls- (TLP) Labordaten für ein Beispiel der Schutzschaltung 125 aus 13E. Die abgebildete Grafik 139 zeigt die TLP-Spannung zum TLP-Strom und den TLP-Strom zum Leckstrom.
  • Die Grafik 139 zeigt, dass die Kontaktflächen-Schutzschaltung 125 ein asymmetrisches bidirektionales Schutzverhalten mit sehr niedriger Leitung in Rückwärtsrichtung aufweisen kann. Beispielsweise weist die Kontaktflächen-Schutzschaltung eine Zündspannung in Vorwärtsrichtung VT-F von ungefähr 23,5 V, eine Haltespannung in Vorwärtsrichtung VH-F von ungefähr 17 V, eine Zündspannung in Rückwärtsrichtung VT-F von ungefähr -3,2 V und eine Haltespannung in Rückwärtsrichtung VH-R von ungefähr -1,3 V auf. Zusätzlich weist die Kontaktflächen-Schutzschaltung einen relativ niedrigen Leckstrom von weniger als ungefähr 500 pA auf der Betriebsspannung auf, und zwar bei dieser Konfiguration für Anwendungen, die zwischen ungefähr -0,7 V und ungefähr 15 V funktionieren und abgestimmt sind, um in dem Bereich von ungefähr 20 V bis ungefähr 25 V in der positiven Richtung und weniger als ungefähr -5 V in der negativen Richtung gezündet zu werden.
  • 14 ist ein beschrifteter Querschnitt einer siliziumgesteuerten P-MOS-Gleichrichter- (SCR) Vorrichtung 140 zur Verwendung mit der Schutzschaltung 125 aus 13D. 15 ist ein Ersatzschaltbild der P-MOS-SCR-Vorrichtung 140 aus 14.
  • Der beschriftete Querschnitt der P-MOS-SCR-Vorrichtung 140 umfasst ein p-leitendes Substrat 147, die n-leitenden aktiven Flächen 143a bis 143c, die p-leitenden aktiven Flächen 142a bis 142h, die n-Wannen 141a bis 141c, die p-Wannen 144a bis 144d, die tiefe n-Wanne 146, die Isolierbereiche 148, die Gates 150a, 150b und die Gate-Oxide 151a, 151b. Der Querschnitt wurde beschriftet, um gewisse Schaltungsvorrichtungen zu zeigen, die aus der Anordnung gebildet sind, wie etwa die ersten bipolaren PNP-Transistoren 170a, 170b, die zweiten bipolaren PNP-Transistoren 171a, 171b, die dritten bipolaren PNP-Transistoren 172a, 172b, die vierten bipolaren PNP-Transistoren 173a, 173b, die fünften bipolaren PNP-Transistoren 174a, 174b, die bipolaren NPN-Transistoren 177a, 177b, die P-MOS-Transistoren 178a, 178b, die ersten Widerstände 179a, 179b, die zweiten Widerstände 180a, 180b, die dritten Widerstände 181a, 181b, die vierten Widerstände 182a, 182b, die fünften Widerstände 183a, 183b, die sechsten Widerstände 184a, 184b und die siebten Widerstände 185a, 185b. Die abgebildete P-MOS-SCR-Vorrichtung 140 kann eine Backend-Verarbeitung erfahren, um Kontakte und Metallisierung zu bilden. Der Fachmann wird verstehen, dass diese Einzelheiten der Übersichtlichkeit halber aus dieser Figur ausgelassen wurden.
  • Die ersten bipolaren PNP-Transistoren 170a, 170b können aus den p-Wannen 144b, 144c, den n-Wannen 141a, 141c und dem Substrat 147 gebildet sein und können seitliche parasitäre PNP-Vorrichtungen sein. Der erste bipolare PNP-Transistor 170a kann einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 144b gebildet wird, eine Basis, die aus der n-Wanne 141a gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 147 gebildet wird. Ähnlich kann der erste bipolare PNP-Transistor 170b einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 144c gebildet wird, eine Basis, die aus der n-Wanne 141c gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 147 gebildet wird. Die zweiten bipolaren PNP-Transistoren 171a, 171b können aus den p-Wannen 144b, 144c, der tiefen n-Wanne 146 und dem Substrat 147 gebildet sein und können senkrechte parasitäre PNP-Vorrichtungen sein. Der zweite bipolare PNP-Transistor 171a kann einen Emitter aufweisen, der aus der p Wanne 144b gebildet wird, eine Basis, die aus der tiefen n-Wanne 146 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 147 gebildet wird. Ähnlich kann der zweite bipolare PNP-Transistor 171b einen Emitter aufweisen, der aus der p-Wanne 144c gebildet wird, eine Basis, die aus der tiefen n-Wanne 146 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 147 gebildet wird.
  • Die dritten bipolaren PNP-Transistoren 172a, 172b können aus den p-leitenden aktiven Flächen 142d, 142e, der n-Wanne 141b, den p-Wannen 144b, 144c und den p-leitenden aktiven Flächen 142b, 142c, 142f, 142g gebildet sein und können seitliche parasitäre PNP-Vorrichtungen sein. Beispielsweise kann der dritte bipolare PNP-Transistor 172a einen Emitter aufweisen, der aus der p-leitenden aktiven Fläche 142d gebildet wird, eine Basis, die aus der n-Wanne 141b gebildet wird, und einen Kollektor, der aus der p-leitenden aktiven Fläche 142c und der p-Wanne 144b gebildet wird und über einen Widerstand 179a an die p-leitende aktive Fläche 142b angeschlossen ist. Ähnlich kann der dritte bipolare PNP-Transistor 172b einen Emitter aufweisen, der aus der p-leitenden aktiven Fläche 142e gebildet wird, eine Basis, die aus der n-Wanne 141b gebildet wird, und einen Kollektor, der aus der p-leitenden aktiven Fläche 142f und der p-Wanne 144c gebildet wird und über einen Widerstand 179b an die p-leitende aktive Fläche 142g angeschlossen ist.
  • Die vierten bipolaren PNP-Transistoren 173a, 173b können aus den p-leitenden aktiven Flächen 142d, 142e, der n-Wanne 141b, der tiefen n-Wanne 146 und dem Substrat 147 gebildet sein und können seitliche parasitäre bipolare PNP-Vorrichtungen sein. Beispielsweise kann der vierte bipolare PNP-Transistor 173a einen Emitter aufweisen, der aus der p-leitenden aktiven Fläche 142d gebildet wird, eine Basis, die aus der n-Wanne 141b und der tiefen n-Wanne 146 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 147 gebildet wird. Ähnlich kann der vierte bipolare PNP-Transistor 173b einen Emitter aufweisen, der aus der p-leitenden aktiven Fläche 142e gebildet wird, eine Basis, die aus der n-Wanne 141b und der tiefen n-Wanne 146 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 147 gebildet wird. Die fünften bipolaren PNP-Transistoren 174a, 174b können aus den p-leitenden aktiven Flächen 142d, 142e, der n-Wanne 141b, der tiefen n-Wanne 146 und dem Substrat 147 gebildet sein und können senkrechte parasitäre bipolare PNP-Vorrichtungen sein. Beispielsweise kann der fünfte bipolare PNP-Transistor 174a einen Emitter aufweisen, der aus der p-leitenden aktiven Fläche 142d gebildet wird, eine Basis, die aus der n-Wanne 141b und der tiefen n-Wanne 146 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 147 gebildet wird. Ähnlich kann der fünfte bipolare PNP-Transistor 174b einen Emitter aufweisen, der aus der p-leitenden aktiven Fläche 142e gebildet wird, eine Basis, die aus der n-Wanne 141b und der tiefen n-Wanne 146 gebildet wird, und einen Kollektor, der aus dem Substrat 147 gebildet wird.
  • Die bipolaren NPN-Transistoren 177a, 177b können aus den n-leitenden aktiven Flächen 143a, 143b, den p-Wannen 144b, 144c und der n-Wanne 141b gebildet sein und können seitliche parasitäre NPN-Vorrichtungen sein. Beispielsweise kann der bipolare NPN-Transistor 177a einen Emitter aufweisen, der aus der n-leitenden aktiven Fläche 143a gebildet wird, eine Basis, die aus der p-Wanne 144b gebildet wird, und einen Kollektor, der aus der n-Wanne 141b gebildet wird. Ähnlich kann der bipolare NPN-Transistor 177b einen Emitter aufweisen, der aus der n-leitenden aktiven Fläche 143b gebildet wird, eine Basis, die aus der p-Wanne 144b gebildet wird, und einen Kollektor, der aus der n-Wanne 141b gebildet wird.
  • Die P-MOS-Transistoren 178a, 178b können aus den die p-leitenden aktiven Flächen 142c bis 142f, den Gates 150a, 150b, den Gate-Oxiden 151a, 151b und der n-Wanne 141b gebildet sein. Beispielsweise können die ersten P-MOS-Transistoren 178a eine Source aufweisen, die aus der p-leitenden aktiven Fläche 142d gebildet wird, einen Drain, der aus der p-leitenden aktiven Fläche 142c gebildet wird, ein Gate, das aus dem Gate 150a und dem Gate-Oxid 151a gebildet wird, und ein Substrat, das aus der n-Wanne 141b gebildet wird. Ähnlich können die zweiten P-MOS-Transistoren 178b eine Source aufweisen, die aus der p-leitenden aktiven Fläche 142e gebildet wird, einen Drain, der aus der p-leitenden aktiven Fläche 142f gebildet wird, ein Gate, das aus dem Gate 150b und dem Gate-Oxid 151b gebildet wird, und ein Substrat, das aus der n-Wanne 141b gebildet wird.
  • Die p-leitenden aktiven Flächen 142a, 142h und die p-Wannen 144a, 144d können einen Schutzring um die P-MOS-SCR-Vorrichtung 140 herum bilden. Der Schutzring kann verwendet werden, um die Bildung unbeabsichtigter parasitärer Wege zwischen der P-MOS-SCR-Vorrichtung 140 und den umgebenden HalbleiterKomponenten zu eliminieren, wenn sie auf dem Chip integriert sind.
  • Die p-Wannen 144b, 144c können unter Verwendung der n-Wannen 141a, 141c und der tiefen n-Wanne 146 von dem Substrat 147 elektrisch isoliert sein. Das elektrische Isolieren der p-Wannen 144b, 144c ermöglicht es den p-Wannen, als Emitter, Basen oder Kollektoren für die abgebildeten bipolaren Vorrichtungen zu funktionieren.
  • Die Isolierbereiche 148 können den statischen Leckstrom zwischen den aktiven Flächen reduzieren, die an verschiedene elektrische Knoten angeschlossen sind, und können resistive Wannenwege zwischen den aktiven Flächen erstellen. Das Bilden der Isolierbereiche 148 kann das Ätzen von Gräben in dem Substrat 147, das Füllen der Gräben mit einem Dielektrikum, wie etwa Siliziumdioxid, und das Entfernen des überschüssigen Dielektrikums unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Verfahrens ermöglichen, wie etwa chemisches und mechanisches Planarisieren, umfassen. Zusätzliche Einzelheiten über die Isolierbereiche 148 können wie zuvor beschrieben sein.
  • Der Fachmann wird verstehen, dass der in 14 gezeigte Querschnitt der in 15 gezeigten Ersatzschaltung entsprechen kann. Beispielsweise können die ersten bipolaren PNP-Transistoren 170a, 170b durch einen ersten bipolaren PNP-Transistor 170 dargestellt werden, die zweiten bipolaren PNP-Transistoren 171a, 171b können durch einen zweiten bipolaren PNP-Transistor 171 dargestellt werden, die dritten bipolaren PNP-Transistoren 172a, 172b können durch einen dritten bipolaren PNP-Transistor 172 dargestellt werden, die vierten bipolaren PNP-Transistoren 173a, 173b können durch einen vierten bipolaren PNP-Transistor 173 dargestellt werden, und die fünften bipolaren PNP-Transistoren 174a, 174b können durch einen fünften bipolaren PNP-Transistor 174 dargestellt werden. Ähnlich können die bipolaren NPN-Transistoren 177a, 177b durch einen bipolaren NPN-Transistor 177 dargestellt werden, die ersten Widerstände 179a, 179b können durch einen ersten Widerstand 179 dargestellt werden, die zweiten Widerstände 180a, 180b können durch einen zweiten Widerstand 180 dargestellt werden, die dritten Widerstände 181a, 181b können durch einen dritten Widerstand 181 dargestellt werden, die vierten Widerstände 182a, 182b können durch einen vierten Widerstand 182 dargestellt werden, die fünften Widerstände 183a, 183b können durch einen fünften Widerstand 183 dargestellt werden, die sechsten Widerstände 184a, 184b können durch einen sechsten Widerstand 184 dargestellt werden, und die siebten Widerstände 185a, 185b können durch einen siebten Widerstand 185 dargestellt werden. Ferner können die P-MOS-Transistoren 178a, 178b durch einen P-MOS-Transistor 178 dargestellt werden.
  • Mit Bezug auf 15 ist der Emitter des ersten bipolaren PNP-Transistors 170 elektrisch an ein erstes Ende des ersten Widerstandes 179, an den Emitter des zweiten bipolaren PNP-Transistors 171 und an den Emitter des bipolaren NPN-Transistors 177 angeschlossen. Der Kollektor des ersten bipolaren PNP-Transistors 170 ist elektrisch an ein erstes Ende des zweiten Widerstandes 180 angeschlossen. Der zweite Widerstand 180 umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an die Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist. Die Basis des ersten bipolaren PNP-Transistors 170 ist elektrisch an die Basis des zweiten bipolaren PNP-Transistors 171 und an ein erstes Ende des vierten Widerstandes 182 angeschlossen. Der Kollektor des zweiten bipolaren PNP-Transistors 171 ist elektrisch an ein erstes Ende des dritten Widerstandes 181 angeschlossen. Der dritte Widerstand 181 umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an die Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist.
  • Der vierte Widerstand 182 umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an den Kollektor des bipolaren NPN-Transistors 177, an die Basis des dritten bipolaren PNP-Transistors 172, an das Substrat des P-MOS-Transistors 178, an ein erstes Ende des siebten Widerstandes 185 und an die Basen der vierten und fünften PNP-Transistoren 173, 174 angeschlossen ist. Der Kollektor des dritten bipolaren PNP-Transistors 172 ist elektrisch an den Drain des P-MOS-Transistors 178, an ein zweites Ende des ersten Widerstandes 179 und an die Basis des NPN-Transistors 177 angeschlossen. Der Emitter des dritten bipolaren PNP-Transistors 172 ist elektrisch an die Source und das Gate des P-MOS-Transistors 178, an ein zweites Ende des siebten Widerstandes 185 und an die Emitter der vierten und fünften PNP-Transistoren 173, 174 an einem als Anode bezeichneten Knoten angeschlossen.
  • Der Kollektor des vierten PNP-Transistors 173 ist elektrisch an ein erstes Ende des fünften Widerstandes 183 angeschlossen. Der fünfte Widerstand 183 umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an die Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist. Der Kollektor des fünften PNP-Transistors 174 ist elektrisch an ein erstes Ende des sechsten Widerstandes 184 angeschlossen. Der sechste Widerstand 184 umfasst ferner ein zweites Ende, das elektrisch an die Spannungsreferenz V1 angeschlossen ist.
  • Obwohl die P-MOS-SCR-Vorrichtung abgebildet ist, wie sie den siebten Widerstand 185 umfasst, kann bei einer alternativen Ausführungsform der siebte Widerstand 185 sehr groß sein (beispielsweise größer als ungefähr 1 M-Ohm) oder ausgelassen werden. Beispielsweise ist die n-leitende aktive Fläche 143b aus 14 nicht unbedingt elektrisch an die Anode angeschlossen. Der Fachmann wird verstehen, dass der siebte Widerstand 185 selektiv abgestimmt und/oder einbezogen werden kann, um zum Regeln der Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung, der Zündspannung und/oder der Haltespannung der abgebildeten SCR-Vorrichtung beizutragen.
  • Die P-MOS-SCR-Vorrichtung 140 kann eine IC vor einem transienten elektrischen Ereignis schützen, das eine positive Spannung aufweist, die mit Bezug auf die Kathode an die Anode angelegt wird. Beispielsweise kann ein transientes elektrisches Ereignis bewirken, dass die Spannung der Anode im Verhältnis zu der Kathode zunimmt, bis die Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung des bipolaren NPN-Transistors 177 erreicht ist. Für ein transientes elektrisches Ereignis, das die Spannung der Anode im Verhältnis zur Spannung der Kathode verringert, kann die P-MOS-SCR-Vorrichtung 140 eine Durchbruchspannung aufweisen, die basierend auf einem Durchbruch zwischen der n-Wanne 141b und jeder der p-Wannen 144a, 144c bestimmt wird. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen HRBV-Vorrichtungen erfolgt der Sperrschichtdurchbruch in Rückwärtsrichtung jedoch auf einer relativ niedrigen Spannung. Entsprechend kann die P-MOS-SCR-Vorrichtung 140 mit einer HRBV-Vorrichtung in einer Kaskade kombiniert werden, wie etwa für gewisse Anwendungen mit hoher Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung.
  • Obwohl sie in Zusammenhang mit einem p-leitenden Halbleitersubstrat abgebildet sind, sind die hier beschriebenen Grundlagen und Vorteile auch auf eine n-leitende Konfiguration anwendbar, wobei die Polaritäten der Dotierung umgekehrt sind. Beispielsweise kann ein n-leitendes Substrat anstelle eines p-leitenden Substrats bereitgestellt werden, und es können Wannen und aktive Flächen mit einem entgegengesetzten Dotierungstyp in dem n-leitenden Substrat bereitgestellt werden. Der Fachmann wird verstehen, dass bei diesen Konfigurationen der Betrieb der Anode und der Kathode umgekehrt sein kann. Ferner können bestimmte hier beschriebene Umsetzungen auf undotierte Substrate anwendbar sein, wie etwa auf Substrate, die bei gewissen Silizium-auf-Isolator- (SOI) Technologien verwendet werden.
  • Die vorstehende Beschreibung und die Ansprüche können sich auf Elemente oder Merkmale beziehen, die aneinander „angeschlossen“ oder miteinander „gekoppelt“ sind. Wie der Begriff hier verwendet wird, und soweit nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, bedeutet „angeschlossen“, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt an ein anderes Element/Merkmal angeschlossen ist, und zwar nicht unbedingt mechanisch. Ebenso bedeutet der Begriff „gekoppelt“, soweit nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal gekoppelt ist, und zwar nicht unbedingt mechanisch. Obwohl somit die diversen in den Figuren gezeigten Schemata beispielhafte Anordnungen von Elementen und Komponenten abbilden, können bei einer tatsächlichen Ausführungsform zusätzliche eingefügte Elemente, Vorrichtungen, Merkmale oder Komponenten vorhanden sein (wenn man davon ausgeht, dass die Funktionalität der abgebildeten Schaltungen nicht negativ beeinflusst wird).
  • Anwendungen
  • Vorrichtungen, welche die zuvor beschriebenen Methoden verwenden, können in diversen elektronischen Vorrichtungen umgesetzt werden. Beispiele für die elektronischen Vorrichtungen können ohne Einschränkung elektronische Konsumartikel, Teile der elektronischen Konsumartikel, elektronische Testgeräte usw. umfassen. Beispiele der elektronischen Vorrichtungen können auch Speicher-Chips, Speichermodule, Schaltungen von optischen Netzen oder anderen Kommunikationsnetzen und Festplatten-Treiberschaltungen umfassen. Die elektronischen Konsumartikel können ohne Einschränkung ein Handy, ein Telefon, ein Fernsehgerät, einen Computermonitor, einen Computer, einen Palmtop, einen persönlichen digitalen Assistenten (PDA), einen Mikrowellenherd, einen Kühlschrank, ein Kraftfahrzeug, eine Stereoanlage, einen Kassettenrecorder oder ein Kassettenwiedergabegerät, ein DVD-Wiedergabegerät, ein CD-Wiedergabegerät, einen Videorecorder, ein MP3-Wiedergabegerät, ein Radio, einen Camcorder, einen Fotoapparat, einen digitalen Fotoapparat, einen übertragbaren Speicher-Chip, eine Waschmaschine, einen Trockner, eine Waschmaschine mit Trockner, ein Fotokopiergerät, ein Faxgerät, einen Scanner, ein Multifunktionsgerät, eine Armbanduhr, eine Uhr usw. umfassen. Ferner kann die elektronische Vorrichtung unfertige Produkte umfassen, einschließlich solcher für industrielle, medizinische und Kraftfahrzeug-Anwendungen.
  • Es können die diversen zuvor beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Zusätzlich können gewisse Merkmale, die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform gezeigt werden, zu anderen Ausführungsformen kombiniert werden.

Claims (35)

  1. Gerät (40), umfassend: ein Halbleitersubstrat (47), das eine erste p-Wanne (44c) und eine zweite p-Wanne (44b) neben der ersten p-Wanne umfasst, wobei die ersten und zweiten p-Wannen durch einen n-leitenden Bereich (41c) getrennt sind; eine erste n-leitende aktive Fläche (43b) über der ersten p-Wanne, wobei die erste n-leitende aktive Fläche elektrisch an eine Kathode einer ersten Vorrichtung (25a) mit hoher Rückwärtssperrspannung (HRBV) angeschlossen ist; eine erste p-leitende aktive Fläche (42b) über der zweiten p-Wanne, wobei die erste p-leitende aktive Fläche elektrisch an eine Anode der ersten HRBV-Vorrichtung (25a) angeschlossen ist, wobei die erste n-leitende aktive Fläche, die erste p-Wanne und der n-leitende Bereich konfiguriert sind, um jeweils als Emitter, Basis und Kollektor eines bipolaren NPN-Transistors (58a) zu dienen, und wobei die zweite p-Wanne, der n-leitende Bereich und die erste p-Wanne konfiguriert sind, um jeweils als Emitter, Basis und Kollektor eines bipolaren PNP-Transistors (53a) zu dienen, wobei der bipolare NPN-Transistor eine Zündspannung in Vorwärtsrichtung der ersten HRBV-Vorrichtung definiert, und der bipolare PNP-Transistor eine Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung der ersten HRBV-Vorrichtung definiert; eine erste Schutzschaltung (23a), die elektrisch zwischen einer ersten Kontaktfläche (27) und einer zweiten Kontaktfläche (28) verbunden ist, wobei die erste Schutzschaltung die erste HRBV-Vorrichtung aufweist; und eine zweite aktive Fläche (42c; 73b) über der ersten p-Wanne und dem n-leitenden Bereich, wobei die zweite aktive Fläche einen ersten Teil, der über der ersten p-Wanne angeordnet ist, und einen zweiten Teil, der über dem n-leitenden Bereich angeordnet ist, aufweist, wobei die zweite aktive Fläche n-leitend oder p-leitend ist und, wenn die zweite aktive Fläche n-leitend ist, eine zweite p-leitende aktive Fläche (72c) über der ersten p-Wanne zwischen dem n-leitenden Bereich und der ersten n-leitenden aktiven Fläche positioniert ist, wobei die erste Schutzschaltung ausgebildet ist sich zu aktivieren, um einen Schutz gegen ein transientes elektrisches Ereignis bereitzustellen, das zwischen der ersten und der zweiten Kontaktfläche empfangen wird, wenn das transiente elektrische Ereignis eine erste Spannungspolarität hat, und wobei die erste HRBV-Vorrichtung ausgebildet ist, die erste Schutzschaltung am Aktivieren zu hindern, wenn das transiente elektrische Ereignis eine zweite Spannungspolarität hat, die gegensätzlich zur ersten Spannungspolarität ist.
  2. Gerät nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat p-leitend ist und ferner eine tiefe n-Wanne (46) umfasst, die unter der ersten p-Wanne, der zweiten p-Wanne und dem n-leitenden Bereich positioniert ist.
  3. Gerät nach Anspruch 2, wobei die tiefe n-Wanne eine Dotierung des n-leitenden Bereichs definiert.
  4. Gerät nach Anspruch 2, wobei der n-leitende Bereich eine n-Wanne (41c) umfasst, die zwischen den ersten und zweiten p-Wannen angeordnet ist.
  5. Gerät nach Anspruch 2, wobei das p-leitende Halbleitersubstrat ferner eine dritte p-Wanne (44d) umfasst, die neben der ersten p-Wanne auf einer Seite der ersten p-Wanne gegenüber der zweiten p-Wanne positioniert ist, wobei die ersten und dritten p-Wannen durch einen anderen n-leitenden Bereich (41d) getrennt sind, und wobei die tiefe n-Wanne ferner unter der dritten p-Wanne und dem anderen n-leitenden Bereich positioniert ist.
  6. Gerät nach Anspruch 5, wobei das p-leitende Halbleitersubstrat ferner eine n-Wanne (41a, 41b) umfasst, welche die ersten, zweiten und dritten p-Wannen umgibt, wobei die n-Wanne und tiefe n-Wanne die ersten, zweiten und dritten p-Wannen von dem p-leitenden Halbleitersubstrat elektrisch isolieren.
  7. Gerät nach Anspruch 6, wobei das p-leitende Halbleitersubstrat ferner eine vierte p-Wanne (44a, 44e) umfasst, welche die n-Wanne umgibt, um als ein Teil eines Schutzrings für die erste HRBV-Vorrichtung zu funktionieren, wobei die zweite p-Wanne, die n-Wanne und das Substrat jeweils als Emitter, Basis und Kollektor eines seitlichen parasitären bipolaren Transistors (51a) dienen, und wobei die vierte p-Wanne von der n-Wanne um einen Abstand (d2) beabstandet ist, der ausreicht, damit eine Durchbruchspannung des seitlichen parasitären bipolaren Transistors höher als eine Durchbruchspannung des bipolaren PNP-Transistors ist.
  8. Gerät nach Anspruch 7, wobei die n-Wanne und die vierte p-Wanne um einen Abstand, der zwischen ungefähr 0,5 µm und ungefähr 2,5 µm liegt, getrennt sind.
  9. Gerät nach Anspruch 2, wobei die erste p-Wanne und die zweite p-Wanne um einen Abstand (d2), der zwischen ungefähr 1,5 µm und ungefähr 6,5 µm liegt, getrennt sind.
  10. Gerät nach Anspruch 9, wobei der n-leitende Bereich eine n-Wanne (41c) umfasst, die zwischen den ersten und zweiten p-Wannen angeordnet ist.
  11. Gerät nach Anspruch 1, wobei die erste Kontaktfläche eine Kontaktierfläche (27) und die zweite Kontaktfläche eine Spannungsreferenz (v1) aufweist, und wobei das Gerät ferner eine Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung (23a) und eine Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung (23b) umfasst, wobei die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung elektrisch zwischen der Kontaktierfläche und der Spannungsreferenz angeschlossen ist, und ein Schutzverhalten vor dem transienten elektrischen Ereignis definiert, wenn das transiente elektrische Ereignis eine Spannung aufweist, die größer ist als die der Spannungsreferenz, und wobei die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung elektrisch zwischen der Kontaktierfläche und der Spannungsreferenz angeschlossen ist und ein Schutzverhalten vor dem transienten elektrischen Ereignis definiert, wenn das transiente elektrische Ereignis eine Spannung aufweist, die geringer als die der Spannungsreferenz ist, und wobei die erste Schutzschaltung die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung oder die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung aufweist.
  12. Gerät nach Anspruch 11, wobei die erste Schutzschaltung die Kontaktflächen-Vorwärtsschutzschaltung aufweist, wobei die Anode der ersten HRBV-Vorrichtung elektrisch an die Kontaktierfläche angeschlossen ist und die Kathode der ersten HRBV-Vorrichtung elektrisch an die Spannungsreferenz angeschlossen ist, wobei die Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung der ersten HRBV-Vorrichtung eine hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung ist, die verhindert, dass die Kontaktflächen-Vorwärtsschutzschaltung aktiviert wird, wenn das transiente elektrische Ereignis eine Spannung aufweist, die geringer als die der Spannungsreferenz ist.
  13. Gerät nach Anspruch 11, wobei die erste Schutzschaltung die Kontaktflächen-Rückwärtsschutzschaltung aufweist, wobei die Kathode der ersten HRBV-Vorrichtung elektrisch an die Kontaktierfläche angeschlossen ist und die Anode der ersten HRBV-Vorrichtung elektrisch an die Spannungsreferenz angeschlossen ist, wobei die Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung der ersten HRBV-Vorrichtung eine hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung ist, die verhindert, dass die Kontaktflächen-Rückwärtsschutzschaltung aktiviert wird, wenn das transiente elektrische Ereignis eine Spannung aufweist, die größer als die der Spannungsreferenz ist.
  14. Gerät nach Anspruch 13, wobei die Kontaktflächen-Vorwärtsschutzschaltung ferner eine zweite HRBV-Vorrichtung umfasst, wobei die zweite HRBV-Vorrichtung eine Anode und eine Kathode aufweist, und wobei die Anode der zweiten HRBV-Vorrichtung elektrisch an die Kontaktierfläche angeschlossen ist, und wobei die Kathode der ersten HRBV-Vorrichtung elektrisch an die Spannungsreferenz angeschlossen ist, und wobei eine hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung der zweiten HRBV-Vorrichtung verhindert, dass die Kontaktflächen-Vorwärtsschutzschaltung aktiviert wird, wenn das transiente elektrische Ereignis eine Spannung aufweist, die geringer als die der Spannungsreferenz ist.
  15. Gerät nach Anspruch 14, wobei die Kontaktflächen-Vorwärtsschutzschaltung ferner eine erste PNP-Schutzvorrichtung (105a) und ein zweite PNP-Schutzvorrichtung (105b) umfasst, wobei die erste PNP-Schutzvorrichtung einen Emitter und eine Basis umfasst, die elektrisch an eine Kathode der zweiten HRBV-Vorrichtung angeschlossen sind, und wobei die zweite PNP-Schutzvorrichtung einen Emitter und eine Basis umfasst, die elektrisch an einen Kollektor der ersten PNP-Schutzvorrichtung angeschlossen sind, und wobei die zweite PNP-Schutzvorrichtung ferner einen Kollektor umfasst, der elektrisch an die Spannungsreferenz angeschlossen ist.
  16. Gerät nach Anspruch 15, wobei die erste PNP-Schutzvorrichtung eine parasitäre Vorrichtung eines ersten P-MOS-Transistors umfasst, und wobei die zweite PNP-Schutzvorrichtung eine parasitäre Vorrichtung eines zweiten P-MOS-Transistors umfasst.
  17. Gerät nach Anspruch 13, ferner umfassend eine Schutzvorrichtung, die entweder mit der ersten HRBV-Vorrichtung oder mit der zweiten HRBV-Vorrichtung elektrisch in Reihe geschaltet ist.
  18. Gerät nach Anspruch 13, ferner umfassend eine Vielzahl von Schutzvorrichtungen, die mit der zweiten HRBV-Vorrichtung elektrisch in Reihe geschaltet sind.
  19. Gerät nach Anspruch 13, ferner umfassend eine siliziumgesteuerte Gleichrichter-(SCR) Vorrichtung (140) in der Kontaktflächen-Vorwärtsschutzschaltung.
  20. Verfahren zum Bereitstellen von Schutz vor einem transienten elektrischen Ereignis, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bilden einer ersten Vorrichtung (25a) mit hoher Rückwärtssperrspannung (HRBV), wobei das Bilden der ersten HRBV-Vorrichtung die Schritte aufweist: Bilden einer ersten p-Wanne (44c) und einer zweiten p-Wanne (44b) in einem Substrat (47), so dass die erste und zweite p-Wanne durch einen n-leitenden Bereich (41c) getrennt sind; Bilden einer ersten n-leitenden aktiven Fläche (43b) in der ersten p-Wanne; Bilden einer ersten p-leitenden aktiven Fläche (42b) in der zweiten p-Wanne; Bilden einer zweiten aktiven Fläche (42c) über der ersten p-Wanne und dem n-leitenden Bereich, wobei die zweite aktive Fläche einen ersten Teil, der über der ersten p-Wanne angeordnet ist, und einen zweiten Teil, der über dem n-leitenden Bereich angeordnet ist, aufweist, wobei die zweite aktive Fläche n-leitend oder p-leitend ist und, wenn die zweite aktive Fläche n-leitend ist, eine zweite p-leitende aktive Fläche (72c) über der ersten p-Wanne zwischen dem n-leitenden Bereich und der ersten n-leitenden aktiven Fläche positioniert ist; Ausgestalten der ersten n-leitenden aktiven Fläche, der ersten p-Wanne und des n-leitenden Bereichs, um als Emitter, Basis und Kollektor eines bipolaren NPN-Transistors (58a) entsprechend zu arbeiten; wobei der bipolare NPN-Transistor ausgebildet ist, um eine Zündspannung der ersten HRBV-Vorrichtung zu steuern; Ausgestalten der zweiten p-Wanne, des n-leitenden Bereichs und der ersten p-Wanne, um als Emitter, Basis und Kollektor eines bipolaren PNP-Transistors (53a) entsprechend zu arbeiten; und wobei der bipolare PNP-Transistor ausgestaltet ist, um eine Durchbruchspannung der ersten HRBV-Vorrichtung zu steuern; Bilden einer ersten Schutzschaltung (23a), die die erste HRBV-Vorrichtung aufweist, um einen Schutz zwischen einer ersten Kontaktfläche (27) und einer zweiten Kontaktfläche (28) bereitzustellen, wobei das Bilden der ersten Schutzschaltung aufweist: Ausgestalten der ersten Schutzschaltung sich zu aktivieren, wenn ein transientes elektrisches Ereignis, das zwischen der ersten und der zweiten Kontaktfläche empfangen wird, eine erste Spannungspolarität hat; und Ausgestalten der ersten HRBV-Vorrichtung, die erste Schutzschaltung am Aktivieren zu hindern, wenn das transiente elektrische Ereignis eine zweite Spannungspolarität hat, die gegensätzlich zur ersten Spannungspolarität ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die erste Kontaktfläche eine Kontaktierfläche und die zweite Kontaktfläche eine Spannungsreferenz aufweist, und wobei das Verfahren ferner das Bereitstellen einer Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung (23a) und einer Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung (23b) umfasst, wobei die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung elektrisch zwischen der Kontaktierfläche und der Spannungsreferenz angeschlossen ist und ein Schutzverhalten vor dem transienten elektrischen Ereignis definiert, wenn das transiente elektrische Ereignis eine Spannung aufweist, die größer als die der Spannungsreferenz ist, und wobei die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung elektrisch zwischen der Kontaktierfläche und der Spannungsreferenz angeschlossen ist und ein Schutzverhalten vor dem transienten elektrischen Ereignis definiert, wenn das transiente elektrische Ereignis eine Spannung aufweist, die geringer als die der Spannungsreferenz ist, und wobei die erste Schutzschaltung die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung oder die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung aufweist.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die erste Schutzschaltung die Kontaktflächen-Vorwärtsschutzschaltung aufweist, wobei die Anode der ersten HRBV-Vorrichtung elektrisch an die Kontaktfläche angeschlossen ist und die Kathode der ersten HRBV-Vorrichtung elektrisch an die Spannungsreferenz angeschlossen ist, wobei die Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung der ersten HRBV-Vorrichtung eine hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung ist, die verhindert, dass die Kontaktflächen-Vorwärtsschutzschaltung aktiviert wird, wenn das transiente elektrische Ereignis eine Spannung aufweist, die geringer als die der Spannungsreferenz ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die erste Schutzschaltung die Kontaktflächen-Rückwärtsschutzschaltung aufweist, wobei die Kathode der ersten HRBV-Vorrichtung elektrisch an die Kontaktierfläche angeschlossen ist, und die Anode der ersten HRBV-Vorrichtung elektrisch an die Spannungsreferenz angeschlossen ist, wobei die Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung der ersten HRBV-Vorrichtung ein hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung ist, die verhindert, dass die Kontaktflächen-Rückwärtsschutzschaltung aktiviert wird, wenn das transiente elektrische Ereignis eine Spannung aufweist, die größer als die der Spannungsreferenz ist.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, ferner umfassend eine zweite HRBV-Vorrichtung in der Kontaktflächen-Vorwärtsschutzschaltung, wobei die zweite HRBV-Vorrichtung eine Anode und eine Kathode aufweist, wobei die Anode der zweiten HRBV-Vorrichtung elektrisch an die Kontaktierfläche angeschlossen ist, und wobei die Kathode der ersten HRBV-Vorrichtung elektrisch an die Spannungsreferenz angeschlossen ist, und wobei eine hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung der zweiten HRBV-Vorrichtung verhindert, dass die Kontaktflächen-Vorwärtsschutzschaltung aktiviert wird, wenn das transiente elektrische Ereignis eine Spannung aufweist, die geringer als die der Spannungsreferenz ist.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, ferner umfassend das Auswählen einer Vielzahl von Vorrichtungen einer ersten Kaskade von Schutzvorrichtungen der Kontaktflächen-Vorwärtsschutzschaltung, um eine Zündspannung in Vorwärtsrichtung, eine Haltespannung in Vorwärtsrichtung und eine Fähigkeit zum Handhaben von transientem Strom in Vorwärtsrichtung für das Gerät zu definieren.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, ferner umfassend das Auswählen einer Vielzahl von Vorrichtungen einer zweiten Kaskade von Schutzvorrichtungen der Kontaktflächen-Rückwärtsschutzschaltung, um eine Zündspannung in Rückwärtsrichtung, eine Haltespannung in Rückwärtsrichtung und eine Fähigkeit zum Handhaben von transientem Strom in Rückwärtsrichtung für das Gerät zu definieren.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, ferner umfassend das Bilden einer dritten p-Wanne (44d) in dem Substrat neben der ersten p-Wanne auf einer Seite der ersten p-Wanne gegenüber der zweiten p-Wanne, wobei die ersten und dritten p-Wannen durch einen anderen n-leitenden Bereich (41d) getrennt sind.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, ferner umfassend das Bilden einer tiefen n-Wanne (46) unter den ersten, zweiten und dritten p-Wannen und den n-leitenden Bereichen.
  29. Gerät (40), umfassend: ein Halbleitersubstrat (47), das eine erste Wanne (44c) und eine zweite Wanne (44b) neben der ersten Wanne umfasst, wobei die ersten und zweiten Wannen eine Dotierung eines ersten Typs aufweisen und durch einen dotierten Bereich (41c) getrennt sind, der eine Dotierung eines zweiten, dem ersten entgegengesetzten Typs aufweist; eine erste aktive Fläche (43b) über der ersten Wanne, wobei die erste aktive Fläche eine Dotierung des zweiten Typs aufweist und elektrisch an eine erste Klemme einer ersten Vorrichtung (25a) mit hoher Rückwärtssperrspannung (HRBV) angeschlossen ist; eine zweite aktive Fläche (42b) über der zweiten Wanne, wobei die zweite aktive Fläche eine Dotierung des ersten Typs aufweist und elektrisch an eine zweite Klemme der ersten HRBV-Vorrichtung (25a) angeschlossen ist, wobei die erste aktive Fläche, die erste Wanne und der dotierte Bereich konfiguriert sind, um jeweils als Emitter, Basis und Kollektor eines ersten bipolaren Transistors (58a) zu dienen, und wobei die zweite Wanne, der dotierte Bereich und die erste Wanne konfiguriert sind, um jeweils als Emitter, Basis und Kollektor eines zweiten bipolaren Transistors (53a) zu dienen, wobei der erste bipolare Transistor eine Zündspannung in Vorwärtsrichtung der ersten HRBV-Vorrichtung definiert, und der zweite bipolare Transistor eine Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung der ersten HRBV-Vorrichtung definiert; und eine dritte aktive Fläche (42c; 73b) über dem dotierten Bereich, wobei die dritte aktive Fläche einen ersten Teil, der über der Wanne angeordnet ist, und einen zweiten Teil, der über dem dotierten Bereich angeordnet ist, aufweist, wobei die dritte aktive Fläche n-leitend oder p-leitend ist und, wenn die dritte aktive Fläche n-leitend ist, eine p-leitende aktive Fläche (72c) über der ersten Wanne zwischen dem dotierten Bereich und der ersten aktiven Fläche positioniert ist; eine erste Schutzschaltung (23a), die elektrisch zwischen einer ersten Kontaktfläche (27) und einer zweiten Kontaktfläche (28) verbunden ist, wobei die erste Schutzschaltung die erste HRBV-Vorrichtung aufweist; wobei die erste Schutzschaltung ausgebildet ist sich zu aktivieren, um einen Schutz gegen ein transientes elektrisches Ereignis bereitzustellen, das zwischen der ersten und der zweiten Kontaktfläche empfangen wird, wenn das transiente elektrische Ereignis eine erste Spannungspolarität hat, und wobei die erste HRBV-Vorrichtung ausgebildet ist, die erste Schutzschaltung am Aktivieren zu hindern, wenn das transiente elektrische Ereignis eine zweite Spannungspolarität hat, die gegensätzlich zur ersten Spannungspolarität ist.
  30. Gerät nach Anspruch 29, wobei der erste Typ p-leitend ist, die erste Klemme der ersten HRBV-Vorrichtung eine Kathode ist, und die zweite Klemme der ersten HRBV-Vorrichtung eine Anode ist.
  31. Gerät nach Anspruch 30, ferner umfassend eine tiefe n-Wanne (46), die unter der ersten Wanne, der zweiten Wanne und dem dotierten Bereich positioniert ist.
  32. Verfahren zum Bereitstellen von Schutz vor einem transienten elektrischen Ereignis, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bilden einer ersten Vorrichtung mit hoher Rückwärtssperrspannung (HRBV) (25a), wobei das Bilden der ersten HRBV-Vorrichtung die Schritte aufweist: Bilden einer ersten Wanne (44c) und einer zweiten Wanne (44b) in einem Substrat (47), wobei die erste und die zweite Wanne einen ersten Dotierungstyp aufweisen, und wobei die erste und die zweite Wanne durch einen dotierten Bereich (41c) eines zweiten Dotierungstyps getrennt sind; Bilden einer ersten aktiven Fläche (43b) in der ersten Wanne, wobei die erste aktive Fläche eine Dotierung des zweiten Typs aufweist; Bilden einer zweiten aktiven Fläche (42b) in der zweiten Wanne, wobei die zweite aktive Fläche eine Dotierung des ersten Typs aufweist; Bilden einer dritten aktiven Fläche (42c) über dem dotierten Bereich, wobei die dritte aktive Fläche einen ersten Teil, der über der Wanne angeordnet ist, und einen zweiten Teil, der über dem dotierten Bereich angeordnet ist, aufweist, wobei die dritte aktive Fläche n-leitend oder p-leitend ist und, wenn die dritte aktive Fläche n-leitend ist, eine p-leitende aktive Fläche (72c) über der ersten Wanne zwischen dem dotierten Bereich und der ersten aktiven Fläche positioniert ist; Ausgestalten der ersten aktiven Fläche, der ersten Wanne und des dotierten Bereichs, um als Emitter, Basis und Kollektor eines ersten bipolaren Transistors (58a) entsprechend zu arbeiten; wobei der erste bipolare Transistor ausgebildet ist, um eine Zündspannung der ersten HRBV-Vorrichtung zu steuern; Ausgestalten der zweiten Wanne, des dotierten Bereichs und der ersten Wanne, um als Emitter, Basis und Kollektor eines zweiten bipolaren Transistors (53a) entsprechend zu arbeiten; und wobei der zweite bipolare Transistor ausgestaltet ist, um eine Durchbruchspannung der ersten HRBV-Vorrichtung zu steuern; Bilden einer ersten Schutzschaltung (23a), die die erste HRBV-Vorrichtung aufweist, um einen Schutz zwischen einer ersten Kontaktfläche (27) und einer zweiten Kontaktfläche (28) bereitzustellen, wobei das Bilden der ersten Schutzschaltung aufweist: Ausgestalten der ersten Schutzschaltung sich zu aktivieren, wenn ein transientes elektrisches Ereignis, das zwischen der ersten und der zweiten Kontaktfläche empfangen wird, eine erste Spannungspolarität hat; und Ausgestalten der ersten HRBV-Vorrichtung, die erste Schutzschaltung am Aktivieren zu hindern, wenn das transiente elektrische Ereignis eine zweite Spannungspolarität hat, die gegensätzlich zur ersten Spannungspolarität ist.
  33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei der erste Typ p-leitend ist, die erste Klemme der ersten HRBV-Vorrichtung eine Kathode ist, und die zweite Klemme der ersten HRBV-Vorrichtung eine Anode ist.
  34. Verfahren nach Anspruch 32, wobei die erste Kontaktfläche eine Kontaktierfläche und die zweite Kontaktfläche eine Spannungsreferenz aufweist, und wobei das Verfahren ferner das Bereitstellen einer Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung (23a) und einer Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung (23b) umfasst, wobei die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung elektrisch zwischen der Kontaktierfläche und der Spannungsreferenz angeschlossen ist und ein Schutzverhalten vor dem transienten elektrischen Ereignis definiert, wenn das transiente elektrische Ereignis eine Spannung aufweist, die größer als die der Spannungsreferenz ist, und wobei die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung elektrisch zwischen der Kontaktierfläche und der Spannungsreferenz angeschlossen ist und ein Schutzverhalten vor dem transienten elektrischen Ereignis definiert, wenn das transiente elektrische Ereignis eine Spannung aufweist, die geringer als die der Spannungsreferenz ist, und wobei die erste Schutzschaltung die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Vorwärtsrichtung oder die Kontaktflächen-Schutzschaltung in Rückwärtsrichtung aufweist.
  35. Verfahren nach Anspruch 34, wobei die erste Schutzschaltung die Kontaktflächen-Vorwärtsschutzschaltung aufweist, wobei die Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung der ersten HRBV-Vorrichtung eine hohe Durchbruchspannung in Rückwärtsrichtung ist, die verhindert, dass die Kontaktflächen-Vorwärtsschutzschaltung aktiviert wird, wenn das transiente elektrische Ereignis eine Spannung aufweist, die geringer als die der Spannungsreferenz ist.
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