SE522909C2 - Anordning för skydd av integrerad högfrekvenskrets innefattande en halvledarvaristor - Google Patents

Description

20 25 5221 90.9 2 Detta ernås enligt uppfinningen medelst en anordning för att skydda en integrerad högfrekvenskrets mot högre spänningar än normala driftspänningar på en till en bondpadd ansluten in/utgångsklämma genom att anordningen innefattar en halv- ledarvaristor som är utformad mellan bondpadden och kretsens in/utgångsklämma i en och samma process och på en och samma bricka och som har låg, huvudsakligen konstant resistans för nämnda normala driftspänningar och högre resistans för nämnda högre spänningar.

FIGURBESKRIVNING Uppñnningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning på vilken fig. 1 visar en utföringsforrn av en anordning enligt uppfinningen för att ESD-skydda en ingångsförstärkare hos en integrerad krets medelst en varistor, fig. 2 är ett resistans-spänningsdiagram for varistorn i fig. 1, fig. 3 visar en första utföringsforrn av en varistor för användning i fig. 1 och fig. 4 visar en andra utföringsforrn av en varistor för användning i fig. l.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN I enlighet med uppfinningen används en i kisel integrerad varistor som strömbe- gränsande komponent i en anordning för ESD-skydd av en i kisel integrerad krets för högfrekvenstillämpningar.

Det bör framhållas att varistorer kan designas på ett antal olika sätt för detta ändamål, där olika fysikaliska fenomen kan utnyttjas. Det enklaste sättet att uppnå den önskade effekten är att utnyttja faktumet att elektriska bärares, d.v.s. elektroners och håls, hastighet mättas med ökande styrka hos ett elektriskt fält. Härav följ er att strömmen genom varistom mättas även om spänningen över varistorn fortsätter att stiga. 10 15 20 25 30 522 '909 3 o c n ø oo v v r ø ø n no Fig. l visar en utföringsform av en anordning enligt uppfinningen för att skydda en ingångsförstärkare 1 i en integrerad krets (inte visad f.ö.) mot ESD som uppträder på en till en bondpadd 2 ansluten ingångsklämma hos förstärkaren 1.

I enlighet med uppfinningen är en varistor 3 integrerad mellan förstärkarens 1 ingångsklämma och bondpadden 2 för att begränsa varje uppträdande ESD-ström.

På i och för sig känt sätt i samband med ESD-strömbegränsande högresistansmot- stånd är hopkopplingspunkten mellan varistom 3 och bondpadden 2 ansluten till en s.k. primär strömshuntningsanordning.

Vid den i fig. 1 visade utföringsforrnen består den primära strömshuntningsanord- ningen av dels en diod 4 som är ansluten med sin anod till hopkopplingspunkten mellan varistom 3 och bondpadden 2 och med sin katod till en positiv spänning VA och dels en diod 5 som är ansluten med sin katod till hopkopplingspunkten mellan varistom 3 och bondpadden 2 och med sin anod till jord GND.

Hopkopplingspunkten mellan varistom 3 och förstärkarens 1 ingângsklämma kan vara ansluten till en s.k. sekundär strömshuntningsanordning som emellertid också kan utelämnas.

Vid den i fig. 1 visade utföringsformen består den sekundära strömshuntningsanord- ningen av dels en diod 6 som är ansluten med sin anod till hopkopplingspunkten mellan varistom 3 och förstärkaren 1 och med sin katod till den positiva spänningen VA och dels en diod 7 som är ansluten med sin katod till hopkopplingspunkten mellan varistom 3 och förstärkaren 1 och med sin anod till jord GND.

De primära och sekundära strömshutningsanordningarna shuntar varje uppträdande ESD-ström till VA eller jord GND.

I c o o u' 10 15 20 25 ø o o n nu 522 909 4 Det är underförstått att andra strömbegränsningsanordningar kan användas såsom exempelvis tyristordioder.

I enlighet med uppfinningen är varistom 3 designad till att ha låg, huvudsakligen konstant resistans inom ett normalt driftspänningsornråde för förstärkaren 1 och högre resistans for högre spänningar än de normala driftspänningarna.

Ett exempel på ett diagram över resistansen R som funktion av spänningen V för varistom 3 visas i fig. 2. Såsom visas i diagrammet i fig. 2 antas varistoms resistans R var låg och huvudsakligen konstant för driftspänningar mellan V0 och V1.

Fig. 3 visar en första utföringsform av varistom 3 i fig. 1 som kan användas för ESD-skydd enligt uppfinningen.

Utföringsforrnen av varistom i fig. 3 har framställts i ett (P-)-substrat 8, exempelvis innefattande bor, i vilket en (N-)-brunn 9, exempelvis innefattande fosfor, diffunderats från substratets 8 ovansida. Två (NH-områden 10, 11 har implanterats i (NJ-brunnen 9 från substratets 8 ovansida. (N+)-områdena 10, 11 är åtskilda medelst en isolator 12 som sträcker sig in i (N-)-brunnen 9. Isolatorer 13, 14 som också sträcker sig in i (NJ-brunnen 9 förefinns på den andra sidan av respektive (N+)-område 10 och 11. Isolatorema 12, 13 och 14 utgörs exempelvis av fältoxid eller grund dikesisolering.

För att ansluta varistom i fig. 3 till förstärkaren 1 och bondpadden 2 enligt fig. 1 förefinns kontakter 15, 16 ovanpå respektive (NH-område 10 och 11. Kontaktema 15, 16 består exempelvis av TiSiZ eller CoSiz. Substratets 8 undersida är normalt jordad. o ~ u a u ou 10 15 20 25 30 o O o ø av 522 '909 5 För normala driftspänningar V0-V1 för förstärkaren 1 i fig. 1 är resistansen låg och huvudsakligen konstant mellan kontakterna 15 och 16 hos varistorn i fig. 3 såsom framgår av diagrammet i fig. 2. Ström kommer att flyta från (N+)-området 10 via (Ng-Området 9 fi11 (Nfi-omådef 11.

När potentialskillnaden mellan kontakterna 15 och 16 hos varistorn i fig. 3 överstiger de normala driftspänningarna for förstärkaren 1 i fig. 1 såsom exempelvis när en ESD uppträder, d.v.s. när det elektriska fältet mellan (N+)-områdena 10 och 11 överstiger det normala elektriska fältet mellan (N+)-ornrådena 10 och 11, mättas de elektriska bäramas, i detta fall elektronernas, hastighet mellan (Nfi-ornrådena 10 och 11. Strömmen genom varistom i fig. 3 kommer således att mättas även om det elektriska fältet fortsätter att öka. Resistansen kommer med andra ord att öka med ökande spänning över varistom i fig. 3, d.v.s. spänningar > V1, såsom illustreras medelst diagrammet i fig. 2.

(N-)-brunnens 9 dopningsnivå och isolatoms 12 dimensioner väljs på sådant sätt att de elektriska egenskapema enligt diagrammet i fig. 2 uppfylls. Om valet inte görs noggrant kommer den beskrivna anordningen att uppföra sig som ett motstånd eller att ha egenskaper som är olämpliga för en skyddsanordning.

Fig. 4 visar en andra utföringsforrn av varistorn 3 i fig. 1 som kan användas for ESD-skydd enligt uppfinningen.

Utföringsfonnen av varistorn i fig. 4 har framställts i ett (P-)-substrat 17, exempelvis innefattande bor, i vilket en (N-)-brunn 18, exempelvis innefattande fosfor, diffunderats från substratets 17 ovansida. Tre separata (N+)-omräden 19, 20 och 21 har implanterats i (N-)-brunnen 18 från substratets 17 ovansida mellan två isolatorer 22, 23 som sträcker sig in i (N-)-brunnen 18. Isolatorerna 22, 23 utgörs exempelvis av fåltoxid eller grund dikesisolering. u I ø n un 10 15 20 25 30 522' 909 6 Kontakter 24, 25 och 26 förefinns ovanpå respektive (NH-område 19, 20 och 21.

Kontakterna 24, 25 och 26 består exempelvis av TiSi2 eller CoSiz. Substratets 17 undersida är normalt jordad.

Kontaktema 24 och 26 som är belägna intill isolatorema 22 och 23 hos varistom i fig. 4 är avsedda att anslutas till förstärkaren 1 och bondpadden 2 i fig. 1.

Isolerande skikt 27, 28, exempelvis bestående av SiOz, förefinns mellan kontakterna 24, 25 respektive 25, 26. Styren 29, 30, exempelvis av polykisel, fórefinns ovanpå dessa isolerande skikt 27, 28. Dessa styren 29, 30 är hopkopplade med kontakten 25 ovanpå (N+)-området 20.

För normala driftspänningar för förstärkaren 1 i fig. l är resistansen konstant mellan kontakterna 24 och 26 hos varistom i fig. 4 såsom illustreras medelst diagrammet i fig. 2. Ström kommer att flyta från (N+)-området 19 till (N+)-on1rådet 20 och från (N+)- området 20 till (N+)-området 21.

Om en positiv ESD-spänning uppträder exempelvis på kontakten 24 kommer dess potential att bli högre än potentialen på kontakten 25, d.v.s. på styrena 29 och 30.

Detta medför att (NJ-området under styret 29 blir utarmat på elektroner med början från kontakten 24. Härigenom kommer resistansen mellan (N+)-ornrådena 19 och 20 att öka. I (NJ-området under styret 30 kommer emellertid elektroner att ackumuleras.

Förutom den av utarrrmingen av elektroner under styret 29 förorsakade resistans- ökningen kommer de elektriska bäramas, i detta fall elektronernas, hastighet mellan (NH-områdena i varistom i fig. 4 att mättas när det elektriska fältet mellan (N+)- områdena överstiger det normala elektriska fältet mellan (N+)-områdena. Strömmen genom varistom i fig. 4 kommer således också att mättas även om det elektriska 9 9 ß n 1.- u u ..

I - o o o " " 'H0 nu en ; Û . a . . . I '_ :- ; ø r o . . . ._ li- n» o; s n _ I u o . nn c 4 n n nu n o . f z : ' i ' ' ' II fluo nu o e:vn n ' ' 7 fältet fortsätter att öka. Resistansen kommer med andra ord att öka med ökande spänning över varistorn i fig. 4 såsom illustreras medelst diagrammet i fig. 2.

Det torde vara uppenbart för fackmannen att liknande typer av varistorer såsom varistorer baserade på J FETar eller MESFETar eller kombinationer med dessa, d.v.s. kombinationer med ovan beskrivna varistorer, kan användas for ESD-skydd i enlighet med uppfinningen.

Claims (6)

10 15 20 25 30 522' 909 8 » n v o oo u c PATENTKRAV

1. Anordning för att skydda en integrerad högfrekvenskrets (1) mot högre spänningar än norrnala driftspänningar på en till en bondpadd (2) ansluten in/utgångsklämma, kännetecknad av att anordningen innefattar en halvledar- varistor (3) som är integrerad mellan bondpadden (2) och in/utgångsklämman tillsammans med den integrerade kretsen (1) och som har låg resistans för nämnda normala driftspänningar och högre resistans för nämnda högre spänningar.

2. Anordningen enligt kravet l, kännetecknad av att resistansen är huvudsakligen konstant för nämnda normala driftspänningar.

3. Anordningen enligt kravet 1, kännetecknad av att hopkopplingspunkten mellan varistom (3) och bondpadden (2) är ansluten till en primär strömshuntningsanord- ning (4, 5).

4. Anordningen enligt kravet 3, kännetecknad av att den primära strömshuntnings- anordningen innefattar dels en diod (4) som är ansluten med sin anod till hopkopplingspunkten mellan varistorn (3) och bondpadden (2) och med sin katod till en positiv spänning (VA) och dels en diod (5) som är ansluten med sin katod till hopkopplingspunkten mellan varistorn (3) och bondpadden (2) och med sin anod till jord (GND).

5. Anordningen enligt kravet 1, kännetecknad av att hopkopplingspunkten mellan varistorn (3) och den integrerade kretsen (1) är ansluten till en sekundär strömshunt- ningsanordning (6, 7).

6. Anordningen enligt kravet 5, kännetecknad av att den sekundära strömshunt- ningsanordningen innefattar dels en diod (6) som är ansluten med sin anod till hopkopplingspunkten mellan varistom (3) och den integrerade kretsen (1) och med n ~ > ø n nu , ÅIOIII i O? II I O I I GI 0 .:::'.:::-:;;,--»----- :av nu 4: g | ,,, ,, , _" ' "l I u .n n |. . ,, ~ @ o v u: 9 sin katod till en positiv spänning (VA) och dels en diod (7) som är ansluten med sin katod till hopkopplingspunkten mellan varistorn (3) och den integrerade kretsen (1) och med sin anod till jord (GND).