專利名稱：給低壓線路提供過電壓保護(hù)的集成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
通信線路用來在遠(yuǎn)程地點(diǎn)之間傳輸數(shù)字和模擬通信信號(hào)。由于通訊 線路可能會(huì)遭受破壞性的電壓，如閃電、靜電放電、電力線及其他電壓，這種 線路往往配備向其提供過電壓保護(hù)的電路。初級(jí)過電壓保護(hù)，包括氣體放電 管，期每大電壓限制至嗽小的幅值。次級(jí)保護(hù)體包括固態(tài)裝置，其進(jìn)一步將 破壞性電壓，限制至按全電平，以免損害集成電路、半導(dǎo)體體及其他電氣元 件。半導(dǎo)體類型的過電壓保護(hù)裝置都很適于保護(hù)下游通j言電路，使其免 受可能會(huì)損壞或摧毀所述下游電路的浪涌和其他暫態(tài)電壓的損害。瞬態(tài)電壓抑 制器(TVS)容易獲得被用作過電壓保護(hù)裝置。許多半導(dǎo)皿件很適合提供過 電壓傲戶用于例如大于一百伏特的電壓。在這種集成電路中，提供一個(gè)這樣數(shù) 量級(jí)的轉(zhuǎn)折或反向擊穿電壓的摻雜水平是很容易實(shí)現(xiàn)的。這些較高轉(zhuǎn)折電壓裝 置一般為兩端的四層體，如Sidacto成過電壓保護(hù)裝置，其可從伊利諾伊州的 德斯普蘭斯城littelibse公司的teccor品牌獲得。其他兩端雪崩結(jié)裝置很適^^合低 JB1信線S繊供保護(hù)，如以太網(wǎng)線路。用于通信線路的過電壓保護(hù)電路可包括提供過電壓保護(hù)功能的半導(dǎo) 體體或與其它電路(如橋)結(jié)合，用于容納任一極性過電壓的對(duì)以體。當(dāng) 過電壓保護(hù)裝置和相應(yīng)的電路被用來保護(hù)低壓、高 信線路時(shí)，保護(hù)裝置和 電路的電容必須非常低。否則，過電壓保護(hù)裝置和相應(yīng)的電路的電容可以加載 通信線路到帶寬有限的程度，從而損害線路的傳輸速度。普遍的做法是在單個(gè)封裝中提供過電壓保護(hù)裝置和電路。如果，舉 例來說，采用具有二極管橋的TVS裝置，那么通常的做法是將該TVS裝置連 同二極管橋的單獨(dú)的二極管一起焊接到弓l線框架，并將這些組件一起密封成一^^t裝。有時(shí)二極管鵬括兩個(gè)分開的芯片，因?yàn)樵赑型襯底上構(gòu)建一組二極
管和在單獨(dú)的N型襯底上構(gòu)建另一組二極管是比較容易的。在一個(gè)采用多個(gè)組件的典型的集成電路封裝中，傳統(tǒng)的做法是分別 安裝組件，并使用將導(dǎo)線結(jié)合到組件裝置的接觸墊或終端的方式在組件之間提 供互連。 一個(gè)或一個(gè)以上的組件的接觸墊可焊接到金屬弓戰(zhàn)框架的引線。該組 裝接著經(jīng)歷一個(gè)澆鑄成型過程，該過程中將液態(tài)材料注入至鵬具中，凝固后就 對(duì)附著其上的引線框架和組fMI供機(jī)械保護(hù)。在許多用戶采用數(shù)百至數(shù)千通信線路的情況下，需要小型的、性價(jià) 比高的、封裝的過電壓保護(hù)裝置。艦可以看出，即需要一個(gè)單晶片集成電路， 其包括一個(gè)過電壓保護(hù)裝置加上一個(gè)二極管橋，制造在同一半導(dǎo)懶寸底上。存 在另一種需要是一個(gè)過電壓保護(hù)集成電路，用于對(duì)高速、低電壓通信線路提供 過電壓保護(hù)功能。然而，存在另一種需要，即需要一種過電壓保護(hù)電路，能夠 向其施加電壓偏置來斷氐過電壓保護(hù)裝置的結(jié)電容。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的原理和概念，公開了一種集成的過電壓保護(hù)電路，適 于保護(hù)低電壓、高速通信線路防止免，電壓的損害。該過電壓保護(hù)電路包含 了固態(tài)的瞬態(tài)電壓抑制器，其上施加有偏置電壓來降低它的結(jié)電容。該過電壓 保護(hù)裝置在 實(shí)施例中包括連接到二極管橋的單向TVS裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，公開了一種過電壓保護(hù)電路，其包括陰 極連接在一起以形成第一電路結(jié)的第一對(duì)二極管，以及陽(yáng)極連接在一起以形成 第二電路結(jié)的第二對(duì)二極管。第一對(duì)和第二對(duì)二極管限定了橋電路。進(jìn)一步包 括在第一電路結(jié)和第二電路結(jié)之間連接的過電壓保護(hù)裝置。第一和第二二才及管 對(duì)與過電壓保護(hù)電路形自半導(dǎo)體芯片上。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，公開了一種過電壓保護(hù)電路，其包 括半導(dǎo)體芯片和形成在該半導(dǎo)體芯片上的第一對(duì)二極管。與所述的第一對(duì)二極 管的每個(gè)二極管相關(guān)聯(lián)的陽(yáng)極接觸和陰極接觸被設(shè)置為，陽(yáng)極接觸形成于該半 導(dǎo)體芯片的一側(cè)，陰極接觸形成于該半導(dǎo)體芯片的相對(duì)側(cè)。第二對(duì)二極管形成 于該半導(dǎo)體芯片上。陽(yáng)極接觸禾卩陰極接觸與第二對(duì)二極管的每個(gè)二極管相關(guān)聯(lián)。 所述第二對(duì)二極管的陽(yáng)極接觸形成于半導(dǎo)體芯片的一側(cè)，且第二對(duì)二極管的陰 極接觸形成于該半導(dǎo)體芯片的相對(duì)側(cè)。第一對(duì)二極管的陽(yáng)極接觸形成于該半導(dǎo)體芯片的同一側(cè)，且第二對(duì)二極管的陽(yáng)極接觸形成于該半導(dǎo)體芯片的相對(duì)側(cè)。 第一對(duì)二極管和第二對(duì)二極管連接以形成二極管橋，同時(shí)過電壓保護(hù)裝置形成 于半導(dǎo)體芯片且連接到該二極管橋。第一電阻和第二電阻形成于該半導(dǎo)體芯片。 第一電阻有一個(gè)端子連接到過電壓保護(hù)裝置的陰極，以及第一電阻的另一個(gè)端 子適于連接到外部第一參考電壓。第二電阻有一個(gè)端子連接到過電壓保護(hù)^S 的陽(yáng)極，以及第二電阻的另一個(gè)終端適于連接至拼部第二參考電壓。仍然根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，公開了一種在半導(dǎo)術(shù)寸底上形成過電
壓保護(hù)電路的方法。該方法包括在半導(dǎo)術(shù)寸底上形成第一電阻和第二電阻，并 在第一和第二電阻上形成重?fù)诫s區(qū)域。重?fù)诫s區(qū)域適于形成至lj所述電阻的金屬
接觸。該方法進(jìn)一步包括在第一電阻的重?fù)诫s區(qū)域形成TVS裝置的PN結(jié)，由 此TVS裝置連接到第一電阻的第一端子。形成第一電阻的第二端子以電氣連接 到半導(dǎo)術(shù)寸底的接觸墊。第二電阻的第一端子連接到TVS裝置。二極管橋形成 在半導(dǎo)^M底上，且該TVS裝置連接到二極管橋。二極管橋、電阻和TVS裝 置被密封以形成封裝CT。


從以下對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選和其他實(shí)施方式的更具體的描述使得進(jìn)一步 的特性和優(yōu)點(diǎn)變得明顯，如附圖所表明的那樣，其中在全部視圖中相同的附圖 標(biāo)記通常尉旨同樣的零件、功能或組件，其中圖1用電氣原理圖的方式說明了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的過電壓保 護(hù)電路；圖2是根據(jù)本發(fā)明的封裝的過電壓保護(hù)電路的立體圖；
圖3是體現(xiàn)本發(fā)明特性的半導(dǎo)體芯片的頂視圖；
圖4是圖3的集成電路芯片沿線44的橫截面圖；
圖5是圖3的集成電路芯片沿線5-5的橫截面圖；
圖6是圖3的集成電路芯片沿線6-6的橫截面圖；
圖7是圖3的集成電路芯片的底視圖。圖8說明了集成電路芯片的底視圖，顯示出底部接觸墊到引線框架 構(gòu)件的連接；以及圖9說明了集成電路芯片的頂視圖，該芯片具有預(yù)制件構(gòu)件互3^集 成電路的頂部接觸墊。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考圖1 ，示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的過電壓保護(hù)電路 10的示意圖。該過電壓保護(hù)電路10包括二極管橋12、成瞬態(tài)電壓抑制器(TVS) 形式的過電壓保護(hù)裝置、以及一對(duì)電阻R1和R2。 二極管橋12包括連接到過電 壓保護(hù)TVS裝置的四個(gè)二極管Dl-D4。該過電壓保護(hù)電路10可應(yīng)用于通信線 路的尖端和環(huán)形電路，以保護(hù)它們免受任一極性的過電壓可能會(huì)導(dǎo)致的損害。 在一條線路上的過電壓產(chǎn)生的電流安全地輸送到另一條線路上，并從連接所述 尖端或環(huán)形電路的電路重定向。換句話說，如果大于過電壓保護(hù)TVS裝置的反 向擊穿電壓或轉(zhuǎn)折電壓的正極性的過電壓被應(yīng)用于尖端線路，那么由此產(chǎn)生的 電流將流過正向偏置的二極管D1 ，反向通過導(dǎo)電過電壓保護(hù)TVS^S,經(jīng)過 正向偏置的二極管D4，并到達(dá)環(huán)形線路。由于二極管橋12執(zhí)行整流功能，所 以過電壓保護(hù)TVS裝置僅需要為單向?qū)щ娧b置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)重要特性，過電壓保護(hù)電路10包括一對(duì)用于連接 偏置電壓源的偏置電阻R1和R2。該偏置電壓ttit其幅值大于線路常規(guī)輸送的 電壓，倒氐于過電壓保護(hù)TVS裝置的轉(zhuǎn)折電壓或反向擊穿電壓。該偏置電壓經(jīng) 由電阻R1和R2被施加到過電壓保護(hù)TVS裝置。偏置電壓有效地減小了過電壓 保護(hù)TVS裝置的結(jié)電落并允許過電壓保護(hù)電路10與高Jlil信線路(如以太 網(wǎng)10BaseT、 100BaseT或1000BaseT線路) 一起運(yùn)行。眾所共知的是當(dāng)偏置電 壓加到雙極半導(dǎo)條件時(shí)，其結(jié)電容被減小。當(dāng)4頓高速以太網(wǎng)通信線路時(shí)， 偏置電壓被視為大約五伏特，因?yàn)橐蕴W(wǎng)信號(hào)幅值為大約兩伏特。該過電壓保 護(hù)電路10的總電容M31將所述二極管D1-D4構(gòu)建為低電容器件被進(jìn)一步減少。 有了這樣的設(shè)置，二極管D1和D4或D2和D3的電容，與過電壓保護(hù)TVS裝 置的電容串聯(lián)。 ，信線路的總電容小于這些二極管的最小電容或過電壓 保護(hù)TVS裝置的最小電容。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)重要特性，過電壓保護(hù)電路10是完皿成到單 個(gè)的半導(dǎo)體芯片，從而使用較小的封裝和更具性價(jià)比的封裝技術(shù)以及使用較少 的空間來為通信線路提供過電壓保護(hù)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，過電壓保 護(hù)電路10視為封裝在如圖2所示的SO-8封裝16中。然而，過電壓保護(hù)電路 10可被封裝在許多其它鄉(xiāng)和m的封裝中。根據(jù)JEDEC標(biāo)準(zhǔn)，所述S0-8封 裝16是一個(gè)低外形的封裝，其包括八個(gè)接觸端子， 一個(gè)端子被標(biāo)示為數(shù)字18。包含了過電壓保護(hù)電路10的集成電路被焊接或其他電結(jié)合到具有接觸端子18 的引線框架，且被密封于合適的密封20中，以為集成電鵬供機(jī)械傲戶。在S0-8 封裝中，接觸端子18在封裝16的相對(duì)側(cè)凸出于密封20外，且被焊接到印刷電 路板相應(yīng)的間隔開的接觸墊，或類似物。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式構(gòu)件的集成電路芯片22在圖3中被說 明。根據(jù)一個(gè)實(shí)敲式，集成電路芯片22的大小為約120x160密耳，且為10 密耳厚。所述過電壓保護(hù)電路10的各個(gè)組件的安置標(biāo)識(shí)在圖中。在該過電壓保 護(hù)電路IO的組成中，二極管D1-D4被構(gòu)建在半導(dǎo)術(shù)t底24中，從半導(dǎo)術(shù)寸底 24的頂面到底面。二極管D1-D4被構(gòu)建為貫穿半導(dǎo)^M底24，而非形，面器 件，以提供更高的載流能力。為了輸送由過電壓(如閃電擊中通信線路導(dǎo)致的) 所產(chǎn)生的浪涌電流，二極管D1-D4，以及過電壓保護(hù)TVS裝置，可 能經(jīng)受 住持續(xù)時(shí)間較短的高達(dá)100安培或更高的浪涌電流。二極管Dl-D4的頂部集成電路接觸墊如圖3所示，以及芯片22的 底部接觸墊如圖7所示。特別地，二極管Dl的頂部金屬接觸墊被標(biāo)注為數(shù)字26， 以及底部金屬接觸墊被標(biāo)注為數(shù)字28。圍繞集成電路芯片22頂部側(cè)接觸墊26 為玻璃鈍化層的唇緣(lip) 30。形成于芯片22底部的選定表面的玻璃鈍化層也 形成了圍繞底部接觸墊28的唇緣32。圖3和圖7沒有示出，玻璃鈍化層覆蓋半 導(dǎo)懶寸底24的P+隔離擴(kuò)散區(qū)域34，其用于將各個(gè)組件相互之間電隔離。在襯 底24中圍繞每個(gè)組件的隔離擴(kuò)散區(qū)域34的:iiM過虛線開口示出，如圍繞二 極管Dl的矩形虛線36。隔離擴(kuò)散區(qū)域34的同樣的邊緣36顯示在圖7中芯片 22的底部。為了達(dá)到這一目的，隔離擴(kuò)散區(qū)域34從半導(dǎo)^M底24的一面延伸 至襯底24的另一面。其他二極管D2-D4從半導(dǎo)術(shù)寸底24的一面至半導(dǎo)#|寸底 24的另一面形成，并以類似的形式被隔離和鈍化。如下面更詳細(xì)的說明，二極 管Dl和D2的陰極形成于半導(dǎo)體襯底24的一面，并且二極管D3和D4的陰極 形成于半導(dǎo)術(shù)寸底24的相對(duì)面。貫穿半導(dǎo)體襯底24從半導(dǎo)體襯底24的一面到相對(duì)面形成電阻Rl 和R2。電阻R1和R2的電阻值取決于電阻電流流過的半導(dǎo)#^底24的橫截面 積和厚度，以及形j^M底24的半導(dǎo)體材料的電阻率。在ifc選的實(shí)施方式中，每 一個(gè)電阻的電阻值是一樣的，且取值范圍約為100-500歐姆*厘米。在 的實(shí) 施方式中，電阻的電阻值約為200歐姆。電阻R1和R2使偏置電壓源從通信線路隔離。電阻R1和R2旨都構(gòu)建為具有頂部和底部金屬接觸墊。電阻R1包 括頂部接角鵬38和底部接觸墊40。同樣，電阻R2包含頂部撤蟲墊42和底部 接觸墊44。該過電壓f尉戶TVS裝置只有一個(gè)頂部接觸墊46，其連接到過電壓 保護(hù)TVS驢的陽(yáng)極。過電壓保護(hù)TVS體的陰極錢接至U位于集成電路芯 片22內(nèi)部的電阻R1的半導(dǎo)體區(qū)域。如下面將更詳細(xì)的說明，過電壓保護(hù)TVS ，是兩層、雙端雪崩結(jié)裝置，該裝置在陽(yáng)極和陰極區(qū)域構(gòu)建有合適的摻雜水 平，以達(dá)到約七伏特的反向擊穿電壓。應(yīng)該理解的是，根據(jù)本發(fā)明的原則和概 念構(gòu)建可以使用其它固態(tài)過電壓保護(hù)裝置，包括Sidactor裝置，以及晶閘管。此 外，雖然結(jié)合本發(fā)明的 實(shí)施方式描述了二極管，但是這種二極管可以為形 成在半導(dǎo)術(shù)寸底上的其他裝置的PN結(jié)。參考圖4的附圖，展現(xiàn)了圖3中半導(dǎo)體襯底24的沿線44的橫截面。 襯底24的橫截面說明了二極管D1和D3的構(gòu)造。最初的半導(dǎo)體材料選定為50 晶片(未示出)，皿旨晶片上有均勻的N-摻雜。圖4顯示的半導(dǎo)傳4寸底 24或芯片是形成在晶片上的許多中的一個(gè)。晶片最初在兩側(cè)掩模從而限定出半導(dǎo)體芯片22的區(qū)域，其中的P+ 隔離擴(kuò)散貫穿芯片22形成。掩模的開口然后受到了沉積，在那里高劑量p型雜 質(zhì)沉積于裸露的半導(dǎo)體材料的表面。該晶片然后經(jīng)歷了高溫條件下的長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò) 散驅(qū)動(dòng)過程，4腫摻雜的P+雜質(zhì)從晶片的兩側(cè)擴(kuò)散進(jìn)入晶片。該P(yáng)+擴(kuò)散形成了 用于使半導(dǎo)體芯片22上的組件電氣隔離的隔離。該擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)過程一直辦賣到？+ 雜質(zhì)被驅(qū)入晶片足夠遠(yuǎn)以在晶片的中間相遇并重疊，從而形成沙漏(hourglass) 皿。這表現(xiàn)為圖4-6中所示的P+擴(kuò)散區(qū)域34。該P(yáng)+擴(kuò)散區(qū)域34的邊緣36 (圖4)構(gòu)成了虛線36，如圖3所示。P+擴(kuò)散區(qū)域34的邊界用虛線示出圍繞圖 3和圖7的*組件。P+擴(kuò)散區(qū)域一直貫穿襯底24延伸，形成了具有N-襯底 24的結(jié)，并由此提供了組件間的電氣隔離，如上所述。在半導(dǎo)術(shù)寸底24的相對(duì)側(cè)進(jìn)行掩模，因此限定了用于形成重?fù)诫s N+區(qū)域(如二極管D1的陰極48和二極管D3的陰極50)的開口。雖然沒有示 出，二極管D2和D4的陰極的以類似方式并在同一時(shí)間形成于半導(dǎo)體襯底24 上。二極管Dl和D2的陰極形成于半導(dǎo)術(shù)寸底24的頂面，并且二極管D3和 D4的陰極同時(shí)形成于半導(dǎo)術(shù)寸底24底面。
掩模還包括用于形成N+區(qū)域52和54的開口 ，如圖5所示。這些重 摻雜半導(dǎo)體區(qū)域iEit電阻Rl的金屬接觸的形成。使用的金屬是鎳，當(dāng)然也可使 用其^^屬。N+區(qū)域52及54與其它用于二極管Dl-D4的二極管陰極區(qū)域48 及50在同一時(shí)間形成。N型摻雜齊阿為磷或任何其他魏的J緣劑。最后，N+ 區(qū)域56及58形成在半導(dǎo)體襯底24的相對(duì)面，用來向電阻R2提供重?fù)诫s界面 從而在其上形成金屬接觸。從圖5可以看出，過電壓保護(hù)TVS裝置的陰極53形成為區(qū)域52 的一部分。然而，由于N+區(qū)域52形成的比半導(dǎo)體襯底24的其他N+區(qū):I^深， 所以它首先被掩模，以經(jīng)歷一個(gè)過程將N+雜質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入標(biāo)注為52和53的區(qū)域。 N+區(qū)域52和53在深度上超過其他的N+區(qū)域，這是因?yàn)檫^電壓保護(hù)TVS裝置 的P+陽(yáng)極形成在它的一部分中。隨后，正如上文所述，當(dāng)半導(dǎo)體襯底24的其 他N+區(qū)域形成時(shí)，標(biāo)注為52和53的區(qū)域經(jīng)歷了第二次擴(kuò)散。因此，該區(qū)域52 和53在半導(dǎo)術(shù)寸底24形成的比其它的N+區(qū)J^深。陰敏接觸界面的掩模從晶片的每一側(cè)移除，同時(shí)將陽(yáng)極掩模應(yīng)用于 晶片。這個(gè)掩模被懶似界定開口用來形成二極管D1-D4的陽(yáng)極，以及用來形 成過電壓保護(hù)TVS裝置的陽(yáng)極。二極管Dl-D4的陽(yáng)極形鵬輕摻雜N-襯底24 中，而TVS的陽(yáng)極66形成在半導(dǎo)體襯底24的N+區(qū)域53中。硼或鎵摻雜劑， 或其他合適的摻雜劑，可以用來作為P型雜質(zhì)。選擇N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)的濃 度以實(shí)現(xiàn)具有約七伏特的反向擊穿電壓的結(jié)60。擴(kuò)散過程中，P型摻雜劑是被 驅(qū)入到掩模開口中，也形成用于二極管D1 (圖4 )的P+區(qū)域62和用于二極 管D3的P+區(qū)域64。雖然沒有示出，相應(yīng)的二極管D2和D4的P+陽(yáng)極區(qū)域被 形成。二極管D1和D2的陽(yáng)極形鵬半導(dǎo)術(shù)寸底24的同一面，并且二極管D3 和D4的陽(yáng)極形成于半導(dǎo)術(shù)寸底24的相對(duì)面。除了使用重?fù)诫s的P+雜質(zhì)形成該 二極管陽(yáng)極，該區(qū)域重?fù)诫s的P+表面提供了極好的界面，來形鵬于二極管陽(yáng) 極的鎳接觸。圖6是圖3中半導(dǎo)傳襯底24的沿線6-6的橫截面視圖。二極管D3 的才黃截面與顯示在圖4中的是一樣的，且電阻R2的橫截面與顯示在圖5中的是 一樣的。如上所述，二極管D3和D4以相同的方式構(gòu)建，N+陰極50和68形成 在半導(dǎo)術(shù)寸底24底面，并P+陽(yáng)極64和70形成在半導(dǎo)術(shù)寸底24頂面。該晶片然后經(jīng)歷氧化環(huán)境，其中半導(dǎo)體材料的表面被氧化，形成氧化硅。氧化硅被掩模以及蝕刻形成開口，其界定那些即將形成網(wǎng)格或溝槽的的
區(qū)域。溝槽在晶片的^芯片22之間以及旨芯片22上形成的各組件之間形 成柵格結(jié)構(gòu)。該柵格結(jié)構(gòu)魏過將沒有掩模的柵格區(qū)域的晶片向下蝕刻到芯片 22的半導(dǎo)體材料中形成的。該芯片22被向下,ljilil重?fù)诫sP+和N+區(qū):^A 輕摻雜N-襯底24。柵格結(jié)構(gòu)在晶片兩側(cè)的半導(dǎo)體材料中形成溝槽。溝槽在圖4~6 的才1#面中示出。半導(dǎo)體芯片22頂部和底部溝槽的裸露表面然后被玻璃鈍化材料鈍 化。標(biāo)準(zhǔn)鉛鋁硼硅酸鹽玻璃絕緣和鈍化材料是優(yōu)選的。該鈍化物密封各半導(dǎo)體 區(qū)域由溝槽暴露出來的驗(yàn)。該鈍化物覆蓋圖4中心頂部溝槽的表面，被標(biāo)注 為數(shù)字88 ，可以理解，所有的頂部和底部溝槽以同一種方式鈍化。在鈍化過程 中，玻璃材料在氧化硅掩模頂角上形成唇緣。唇緣在圖4中被參考標(biāo)記30標(biāo)示， 并在圖3和圖7中被表示為畫有交錯(cuò)陰影線的矩形環(huán)。如圖5所示，環(huán)形玻璃 鈍化86形鵬由TVS裝置的P+區(qū)域66和N+區(qū)域53限定的結(jié)的上面。經(jīng)過 玻璃鈍化步驟后，氧化硅掩模被魏的蝕刻劑剝?nèi)?。在加工半?dǎo)##底24下一步驟，在半導(dǎo)體芯片22的兩個(gè)表面形成 金屬接觸。形成于半導(dǎo)^M底24頂部的頂部金屬接觸區(qū)域在圖3中被表示為頂 部二極管接觸墊26 (Dl)、 72 (D2)、 74 (D3)和78 (D4)。電阻R1和R2的 頂部接觸包括接觸墊38 (Rl)及42 (R2)。用于過電壓保護(hù)TVS裝置的頂部接 觸墊被標(biāo)示為數(shù)字46。形成于半導(dǎo)#|寸底24底部的底部金屬接觸區(qū)域在圖7 中被表示為底部二極管接觸墊28 (Dl)、 80 (D2)、 84 (D3)和82 (D4)。電 阻R1和R2的底部接觸包括接觸墊40 (Rl)及44 (R2)。不存在用于過電壓保 護(hù)TVS裝置的底部金屬接觸。M31在半導(dǎo)體芯片22的表面上電鍍或沉積鎳金 屬，金屬接觸形成于各個(gè)重?fù)诫sP+和N+區(qū)域上。鎳金屬并不黏附于玻璃鈍化 區(qū)域，但只黏附于乘除的界定接觸區(qū)域的半導(dǎo)體區(qū)域。金屬被選定為鎳材料， 并fflil常規(guī)的半導(dǎo)體加工方法來沉積或電鍍。各種金屬接觸在圖4-6中示出。然 后晶片圍繞每個(gè)芯片22被劃開和分離，以將晶片分開成3蟲立的半導(dǎo)體芯片22。包含了本發(fā)明的過電壓保護(hù)電路10的獨(dú)立芯片22，被焊接到引線 框架構(gòu)件。金屬預(yù)制件也附著到芯片22的各個(gè)接觸墊，以使這些組件相互連接。 這由圖8和圖9示出。起初，焊膏被施加到半導(dǎo)體芯片22的頂部和底部接觸墊。半導(dǎo)體芯片22的底部如圖7所示，并如圖8所示附著到引線框架構(gòu)件。弓踐框架構(gòu)件90焊接到二極管D2禾口 D4各自的底部接觸墊80和82，從而 使二極管D2的陽(yáng)極和二極管D4的陰^^間短路。5^就是圖1中所示的導(dǎo)體98。 引線框架構(gòu)件92附著到電阻R1的底部接觸墊40。弓踐框架構(gòu)件92限定圖1 中所示的導(dǎo)體IOO。引線框架構(gòu)件94附著到電阻R2的底部接觸墊44。該弓踐 框架構(gòu)件94限定圖1中所示的導(dǎo)體102。最后，二極管D1和D3的底部接角爐 28和84附著到引線框架構(gòu)件96。引線框架構(gòu)件96限定圖1中所示的連接二極 管D1陽(yáng)極和二極管D3陰極的導(dǎo)體104。引線框架構(gòu)件的接觸端子數(shù)目如圖8所示，當(dāng)被封裝在S0-8封裝 中時(shí)，將被<柳。接觸端子1和8中的任一個(gè)或兩個(gè)，可連接到通信線路的尖 端線路導(dǎo)體。接觸端子4或5中的任一個(gè)或兩個(gè)，可連接到通^言線路的環(huán)形導(dǎo) 體。接觸端子6和7中的任一個(gè)或兩個(gè)，可連接到偏置電壓源的正端子。最后， 接觸端子2或3中的一個(gè)或兩個(gè)，可連接到偏置電壓源的接地端子。形成在圖l中示出的電路的半導(dǎo)體芯片22的接觸墊間其他的互連使 用金屬預(yù)制件制作，如圖9所示。金屬預(yù)制件附著到半導(dǎo)體芯片22的頂部接觸 墊。金屬預(yù)制件106附著到接觸墊26 (Dl)、 38 (Rl)和72 ( D2 )。金屬預(yù) 制件106有效地限定了圖1中電路的導(dǎo)體108。金屬預(yù)制件110附著到頂部接觸 墊74 (D3 )、 46 (TVS)、 42 (R2)和78 (D4)。金屬預(yù)制件110有效地限定 了圖1中的導(dǎo)體112 。 一旦半導(dǎo)體芯片22固定到引線框架構(gòu)件和金屬預(yù)制件， 組裝件將經(jīng)歷回流焊工藝用于焊接頂部和底部接觸墊到各自的金屬預(yù)制件和引 線框架構(gòu)件。然后引線框架的接觸端子從引線框架載體切斷，并彎曲成為符合 SO-8封裝的構(gòu)造。然后將該封裝芯片從弓l線框架載體移除并進(jìn)行功能測(cè)試。綜上所述，公開了在一個(gè)小封裝中包含過電壓保護(hù)電路的一種技術(shù)及 其相應(yīng)的集成電路芯片。高載流二極管在半導(dǎo)術(shù)寸底的表面之間制造，其中兩 個(gè)二極管陰極形鵬一個(gè)面，且兩個(gè)二極管陽(yáng)極形成于半導(dǎo)術(shù)寸底的相對(duì)的面。 高電流TVS裝置形成為表面裝置， 一個(gè)端子連接到金屬接觸，另一端子在內(nèi)部 連接到偏置電阻。偏置電阻形成摻雜半導(dǎo)體區(qū)域，并適于連接到偏置電壓源， 以M^TVS體的結(jié)電容。整僧電壓保護(hù)電路集成為單個(gè)的半導(dǎo)體芯片，并 被封裝，以提供具有性價(jià)比的過電壓保護(hù)裝置。雖然參考具體的電路、半導(dǎo)體構(gòu)造和封裝裝置，己經(jīng)公開了本發(fā)明 的,和其他實(shí)施方式，但是可以理解的是，在不脫離由附屬的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的清況下，由于m上的3^可做出許多細(xì)節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
1、一種過電壓保護(hù)電路，包括第一對(duì)二極管，它們的陰極連接在一起從而形成第一電路結(jié)，以及第二對(duì)二極管，它們的陽(yáng)極連接在一起從而形成第二電路結(jié)，所述第一和第二對(duì)二極管限定了橋電路；過電壓保護(hù)裝置，其被連接在所述第一電路結(jié)和所述第二電路結(jié)之間；以及所述第一和第二二極管對(duì)和所述過電壓保護(hù)電路形成在半導(dǎo)體芯片中。
2、 權(quán)利要求1的過電壓保護(hù)電路，其中，所述第一對(duì)二極管齡都有形成在半導(dǎo)體芯片一側(cè)的陽(yáng)極，和各自的形鵬半導(dǎo)體芯片相對(duì)偵啲陰極。
3、 權(quán)利要求2的過電壓保護(hù)電路，其中，所述第二對(duì)二極管針都有形成 在半導(dǎo)體芯片一側(cè)的陽(yáng)極，和各自的形成在半導(dǎo)體芯片相對(duì)側(cè)的陰極。
4、 權(quán)利要求3的過電壓保護(hù)電路，其中，所述第一對(duì)二極管各自的陰極形 成在半導(dǎo)體芯片的同一側(cè)，而第二對(duì)二極管各自的陰極形成在半導(dǎo)體芯片的相 對(duì)側(cè)。
5、 權(quán)利要求l的過電壓保護(hù)電路，其中，進(jìn)一步包括連接到所述第一電路 結(jié)的第一電阻，和連接至斷述第二電路結(jié)的第二電阻。
6、 權(quán)利要求5的過電壓保護(hù)電路，其中， 一個(gè)所述電阻在所述半導(dǎo)體芯片 內(nèi)部連接至,述過電壓保護(hù)，。
7、 權(quán)利要求5的過電壓保護(hù)電路，其中，所述電阻的每一個(gè)具有在約 100-500歐姆的范圍內(nèi)的電阻值。
8、 權(quán)利要求5的過電壓保護(hù)電路，其中，所述第一電阻和所述第二電阻從所述半導(dǎo)體芯片的一個(gè)面延伸到所述半導(dǎo)體芯片的相對(duì)面。
9、 權(quán)利要求8的過電壓保護(hù)電路，其中，所述第一和第二電阻的電阻值包括所述半導(dǎo)體芯片的襯底的體電阻值。
10、 權(quán)利要求1的過電壓保護(hù)電路，其中，所艦電壓保護(hù)裝置為雙端雪 崩裝置。
11、 權(quán)利要求10的過電壓保護(hù)電路，其中，所述雪崩裝置是PN結(jié)，其被 摻雜以提供約七伏特的擊穿電壓。
12、 權(quán)利要求1的過電壓{尉戶電路，其中，所述電路包括用于連接到電壓 源的接觸墊、用于接地的接觸墊、用于連接到通信線路尖端導(dǎo)體的接觸墊以及 用于連接至嗵信線路環(huán)形導(dǎo)體的接觸墊。
13、 權(quán)利要求1的過電壓保護(hù)電路，進(jìn)一步包括引線框架，所述半導(dǎo)體芯 片的一側(cè)結(jié)合到該引線框架，以及多個(gè)預(yù)制件，用于把所述半導(dǎo)體芯片相對(duì)側(cè) 上的M半導(dǎo)體區(qū)域短接到一起。
14、 權(quán)利要求13的過電壓保護(hù)電路，進(jìn)一步包括密封，其用于密封所述半 導(dǎo)體芯片和所述預(yù)律ij件以及所述弓戰(zhàn)框架的至少一部分。
15、 一種過電壓保護(hù)電路，包括 半導(dǎo)體芯片；形i ^^述半導(dǎo)體芯片中的第一對(duì)二極管；與所述第一對(duì)二極管的齡二極管相關(guān)聯(lián)的陽(yáng)極接觸禾卩陰極接觸，所述陽(yáng) 極接觸形成于所述半導(dǎo)體芯片的一側(cè)，并且所述陰極接觸形成于所述半導(dǎo)體芯 片的相對(duì)側(cè)；形皿所述半導(dǎo)體芯片中的第二對(duì)二極管；與所述第二對(duì)二極管的針二極管相關(guān)聯(lián)的陽(yáng)極接觸和陰極接觸，所述第 二對(duì)二極管的所述陽(yáng)極接觸形成于所述半導(dǎo)體芯片的一側(cè)，并且所述第二對(duì)二 極管的所述陰極接觸形成于所述半導(dǎo)體芯片的相對(duì)側(cè)；所述第一對(duì)二極管的陽(yáng)極接觸形成于所述半導(dǎo)體芯片的同一側(cè)，并且所述 第二對(duì)二極管的陽(yáng)極接觸形成于所述半導(dǎo)體芯片的相對(duì)側(cè)；以及所述第一對(duì)二極管和所述第二對(duì)二極管連接以形成二極管橋，以及形成在 所述半導(dǎo)體芯片中并且連接到所述二極管橋的過電壓保護(hù)裝置。
16、 權(quán)利要求15的過電壓保護(hù)電路，進(jìn)一步包括形l^所述半導(dǎo)體芯片中 的第一電阻和第二電阻，所述第一電阻的一個(gè)端子連接到所述過電壓保護(hù)^S 的陰極，且所述第一電阻的另一個(gè)端子適于連接至U外部第一參考電壓，以及所 述第二電阻的一個(gè)端子連接到所述過電壓保護(hù)裝置的陽(yáng)極，且所述第二電阻的 另一個(gè)端子適于連接至IJ外部第二參考電壓。
17、 一種在半導(dǎo)術(shù)寸底中形成過電壓保護(hù)電路的方法，包括步驟 在半導(dǎo)傳襯底中形成第一電阻和第二電阻，并在所述第一和第二電阻中形成重J參雜區(qū)域，所述重?fù)诫s區(qū)域適于形成到所述電阻的金屬接觸；^^ 述第一電阻的一個(gè)S^雜區(qū)域形成TVS驢的PN結(jié)，由此所述TVS 裝置連接至U所述第一 電阻的第一端子；形^^f述第一電阻的第二端子，以電連接到所述半導(dǎo)術(shù)寸底的接觸墊； 連接所述第二電阻的第二端子至U所述TVS裝置；$^述半導(dǎo)術(shù)寸底中形成二極管橋，且連接所述TVS體至,述二極管 橋；以及密封該二極管橋、電阻和TVS裝置，以形成封裝裝置。
18、 權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括形成橋的二極管，使針二極管的陰 極形皿該半導(dǎo)體凈寸底的一個(gè)面，以及每個(gè)二極管的陽(yáng)極形成在該半導(dǎo)術(shù)寸底 的相對(duì)面。
19、 權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括/Ai^述半導(dǎo)術(shù)寸底的一個(gè)面到所述半 導(dǎo)術(shù)寸底的相對(duì)面形成^h所述第一和第二電阻。
20、 權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括形^^f^^裝裝置的四個(gè)不同的接觸 端子。
21、 權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括形成所述TVS裝置，其陰極和陽(yáng)極 形成于所述半導(dǎo)#1寸底的同一面。
22、 權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括形成所述第二電阻的第二端子，以便 電氣連接至U所述半導(dǎo)術(shù)寸底的接觸墊。
全文摘要
過電壓保護(hù)電路(10)用于保護(hù)低電壓、高速度的數(shù)字通信線路(尖端，環(huán)形)。該電路(10)集成到一個(gè)半導(dǎo)體芯片(16)，且包括二極管橋(12)、瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)裝置和電阻(R1，R2)，通過電阻(R1，R2)，偏置電壓(+5V)可被施加到TVS裝置以減少它的電容。
文檔編號(hào)H01C7/12GK101512685SQ200680038795
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2006年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月19日
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