具有二或多供應電壓的電子電路的靜電放電保護電路的製作方法
2023-05-06 22:18:21 1
專利名稱：具有二或多供應電壓的電子電路的靜電放電保護電路的製作方法
技術領域：
本發明系相關於一電子電路的ESD(靜電放電)保護電路，其系會使用二、或多個供給電壓，更進一步地，本發明更相關於如此之一電子電路的一ESD保護方法。
背景技術：
其系已知，集成電路，特別是，以CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor，互補式金屬氧化物半導體)作為基礎的集成電路，系必須加以保護，以抵抗有害的靜電放電，在此狀況下，目標係為，在具有可以經由一襯墊而自外部進行靜電充電之一電路的一網絡的例子中，確保靜電放電可以在沒有對該集成電路造成任何傷害的情形下，經由一低阻抗、並經由連接至外界環境的一另一網絡，而再次地被消散至外部，而此系可以利用具有適當寬幅，以及因此低阻抗供給總線，的ESD保護組件而加以達成，其中，該等總線之每一乃會被配置於兩個網絡之間，舉例而言，在供給電壓節點以及內部接地節點之間，再者，基本上，例如這些的ESD保護組件乃會具有一高阻抗以及僅會於一靜電ESD若是發生時形成一低阻抗消散路徑，也就是說，若是發生來自一靜電電荷的供給的時候，因此，並沒有破壞性地放電會經由並聯連接的電路部分而舉行，通常，典型地，半導體構件，特別是節點，乃會被使用作為ESD保護組件，並於反向方向、或是順向方向中，超越一特殊電壓而變得具有傳導性。
與二、或多個供給電壓一起操作，以及因此具有二、或多個分開之供給電壓網絡，亦被稱之為定義域(domain)，的集成電路，系會特別地在其抵抗一有害靜電放電的保護方面顯得關鍵，當ESD負載發生在兩個供給電壓網絡之間的時候，在該CMOS電路核心中兩個n摻雜溝渠之間、且處於不同電位的寄生npn襯底電晶體系可以輕易地被造成崩潰，並且因此會在沒有受到適當保護的情形下受損，再者，若是相同的電壓位準系被用於不同的供給電壓時，則在兩個不同供給電壓網絡之間的一低阻抗路徑系亦可以藉由並聯連接於這些網絡之間的兩個緊鄰二極體、或藉由在一外部襯底上之兩個網絡之間的一直接連接而加以提供，然而，該第一選擇在各個供給電壓位準的差異大於0.6V的時候是不可行的，而相反的，該第二個選擇則是通常對具有不同數值之功給電壓而言是不可能的，因為一低阻抗路徑將會已經存在於該電路透過在兩個供給電壓網絡之間經由該襯底(舉例而言，藉由鍵結至一共同襯墊)之該電性連接的正常操作期間。
因此，當呈現出不同的電壓位準時，一ESD保護組件系必須被配置在兩個供給電壓網絡之間，且該ESD保護組件乃會具有一高阻抗，也就是說，其系會於該電路的正常操作期間被關閉，以及僅有在ESD發生的時候被激活，因此，其阻抗將變得很低，然而，由於寬幅供給總線的需求，此系通常僅有可能存在襯墊框架區域(pad frame area)中的供給電壓網絡之間，且該等襯墊框架區域乃是於布局中、或是，舉例而言，位在邏輯供給電壓網絡(舉例而言，1.8V)以及驅動器供給電壓網絡(舉例而言，3.3V)之間，之輸入或輸出單元的區域中為相鄰，不過，使用用於保護其襯墊實際上會彼此相距一長距離的供給電壓網絡的一程序是困難的，因為個別的ESD保護組件將會需要長的金屬總線，也因此，會降低可使用的晶片面積，但是，若是該等金屬總線的寬度以及因此該所需的晶片面積被降低，以作為對於此的一對策時，則該金屬總線的抗性就會被增加，並且，當一靜電放電經由類似於此的一金屬總線而發生時，此將會導致相關於該已增加阻抗的一被增加電壓降，因此，該等ESD保護組件僅有當在該等供給電壓網絡之間的該等電壓變得更高的時候才會被激活，不過，無可否認地，此將可以藉由執行於CMOS電路核心中的額外安全性測量，特別地是，藉由增加在處於不同電位之n摻雜溝渠間之距離，而獲得抵消，然而，此卻會在該CMOS電路核心中造成一增加的空間需求，此外，即使在使用自動化的電路確認時，該等電路的複雜度仍然表示了，存在有在該布局中之關鍵點被忽略、或是發生更進一步之幹擾效應的風險，再者，於設計程序(設計流程)期間，是很難掌握相關於連接至不同供給電壓之相鄰CMOS電路核心之取決於ESD的手段，因為在該等電路組件已被放置且連接於該布局中(設置以及路由)之前，有關於位置以及鄰近區域的詳細關尚不需要進行定義，以及，更進一步地，系必須要提供額外的邏輯單元。
美國專利說明書6,385,012 B1系揭示一ESD保護電路，以用於僅具有一供給電壓的一電路，且在該電路之中，一些ESD保護組件乃會被配置於該供給電壓節點以及接地之間、並分散覆蓋該晶片區域，而這些ESD保護組件的每一則是會具有一控制輸入端，且該等控制輸入端系會被連接至一共同觸發總線，另外，該ESD保護電路系具有一觸發電路，而其乃會監控供給電壓電位，並且當一靜電放大發生的時候，其系會藉由驅動該觸發總線而激活該等ESD保護組件。
再者，文件US 2003/0223166 A1系揭示一ESD保護電路，以用於僅具有一供給電壓的電路，且該電路系具有每一皆被配置於數個襯墊以及該供給電壓網絡或該接地節點之間的一些ESD保護組件，而當一靜電放電發生的時候，一ESD檢測器電路即會激活一些ESD保護組件，並因而產生一些消散路徑。
本發明的一目的系在於，載明一種用於具有二、或多個供給電壓之一電子電路的ESD保護電路，且儘管僅降低一小量的面積，其卻可以當一靜電放電發生時，造成有效率的，特別地是提早地，自一供給電壓節點消散電荷，而一更進一步的目的則是具有載明一相對應ESD保護方法的目標。
本發明作為基礎的目的系藉由獨立權利要求1以及15之特徵而加以達成。
發明內容
根據本發明並以權利要求1作為基礎，用於使用至少一第一以及一第二供給電壓之一電子電路的一ESD保護電路，系具有經由一輸入端而被電連接至有關於該第一供給電壓之一第一供給電壓節點的一第一ESD保護組件，且該ESD保護組件更具有一控制輸入端，而透過該控制輸入端，在ESD負載若是發生時，其乃會被激活，同時，在已激活狀態中，該ESD保護組件乃會經由一輸出端而消散接收自該輸入端的電荷，再者，根據本發明的該ESD保護電路更具有經由一輸入端而被電連接至有關於該第二供給電壓之一第二供給電壓節點的一第二ESD保護組件，且此ESD保護組件更具有一控制輸入端，而透過該控制輸入端，在ESD負載若是發生時，其乃會被激活，同時，在已激活狀態中，該第二ESD保護組件乃會經由一輸出端而消散接收自該輸入端的電荷，另外，該ESD保護電路亦具有電連接該等ESD保護組件之該等控制輸入端的一控制總線，此外，該ESD保護電路更包含一第一過電壓檢測器，其本身系具有至少一測量輸入端，以用於測量在該第一供給電壓節點處的電位，以及一控制輸出端，以因該已測量電位的作用而驅動該控制總線。
一ESD保護電路，類似於此，所提供的優點係為，當一靜電放電發生時，已經經由該供給電壓檢測器而受到監控之來自該供給電壓節點的電荷消散系可以藉由二、或多個ESD保護組件的同時激活而獲得改善，由於當一靜電放電發生、且第二ESD供給電壓節點乃會因為其直接與該第二供給電壓節點之電性連接而於一開始僅具有與該第二供給電壓節點的關聯時，除了用於該第一供給電壓節點的該第一ESD保護組件之外，至少該第二ESD保護組件亦會被激活，因此，一旦該第二ESD保護組件被激活之後，其系亦可以被使用作為一電荷消散路徑的部分，再者，由於該第二ESD保護組件乃是因為於該第一供給電壓節點處之電位的作用而會經由該控制總線被激活，因此，在該第二ESD保護組件之該輸入端以及該輸出端之間的真實電壓差異將無關於該第二ESD保護組件的激活，所以，其並不需要為了使得該第二ESD保護組件可以被用以消散來自該第一供給電壓節點的電荷，而超過、或未達在該第二ESD保護組件的該輸入端以及該輸出端之間激活電壓，因此，一低阻抗保護電荷消散路徑乃是形成於一早期的階段，也就是說，當該等電壓負載為低的時候。
所以，為了此應用的目的，一ESD保護組件之輸入端以及輸出端的表現是可以交換的，因為待經由該ESD保護組件以及該相對應放電電流而進行傳輸的電荷乃是可以具有任何的數學符號，再者，ESD保護組件通常會被設計為具有對稱的輸入以及輸出端。
再者，該ESD保護電路的優點乃是在於更進一步具有一第二電壓檢測器，其系包含至少一測量輸入端，以用於測量於該第二供給電壓節點處的電位，以及另外，一控制輸出端，以用於因該已測量電位的作用而驅動該控制總線。
此所提供的優點係為，若是發生一靜電放電時，除了該第二供給電壓節點之外，至少該第一ESD保護組件亦會被激活，而其中，該第一ESD保護組件則是由於其直接電連接至該第一供給電壓節點的緣故而於一開始僅相關於該第一供給電壓節點，並且，根據本發明，在其一旦被激活之後，該第一ESD保護組件及可以被使用作為用於該第二供給電壓節點的一電荷消散。
因此，兩個過電壓檢測器，也就是說，該第一以及該第二過電壓檢測器，的使用乃會確保，在一靜電放電發生時，只要於該第一、或第二供給電壓節點處的電位留下一可允許的電位範圍，該控制總線即會被激活，而此則是可以由於超過一最大可能限制數值、或是未到達一最小數值而發生，再者，該等過電壓檢測器系可以適當地加以設計，以用於該等相關供給電壓，此即表示，事實上，比相關於一高的，舉例而言，VDD2＝3.3V，供給電壓的一第二過電壓檢測器更低的一相關於一，舉例而言，VDD1＝1.8V之低供給電壓的第一過電壓檢測器，乃會在介於該第一供給電壓節點以及接地之間之一較低最大允許電壓處激活該控制總線。
其系較具優勢地是，該第一以及第二ESD保護組件系串聯連接，因此，則當一ESD負載發生時，一放電路徑即可以同時沿著兩個ESD保護組件而加以形成。
在此例子中，其較具有優勢的是，該ESD保護電路更具有相關於一第三供給電壓的一第三供給電壓節點，也就是說，該待保護之電子電路系需要三個用於操作的供給電壓，因此，該ESD保護組件系會加以設計為，該第一ESD保護組件的輸出端乃會被電連接至該第二供給電壓節點，以及該第二ESD保護組件的輸出端乃會被電連接至該第三供給電壓節點，在此例子中，其系較具優勢的是，該ESD保護電路會更進一步地包括一第三過電壓檢測器，具有至少一測量輸入端，以用於測量於該第三供給電壓節點處的電位，以及一控制輸出端，以因該已測量電位的作用而驅動該控制總線。
一類似於此之電路測量的優點係為，在不需要所有三個該等供給電壓節點的每一皆必須藉由三個ESD保護組件而相關於彼此地受到保護的情形下，於所有三個供給電壓節點之間的有效ESD保護乃可以在兩個ESD保護組件的幫助之下而獲得保證，此系特別地簡化了該總線路由，再者，若是該第一與第二供給電壓網絡，以及該第二與該第三供給電壓網絡，舉例而言，繫於該趁電框架區域中為相鄰時，則就不再需要於該第一以及該第三供給電壓網絡之間的一直接、非常長的總線，另外，當一ESD負載發生在該第一以及該第三供給電壓節點之間時，一正、或負的消散電流乃會自該第一供給電壓節點，流經該第一ESD保護組件以及該等供給總線，而到達該第二供給電壓節點，接著，該消散路徑會繼續經由該第二ESD保護組件以及該等供給總線而到達該第三供給電壓節點。
其系有可能設計該三個過電壓檢測器，以使得它們每一皆會在該等相關於它們之供給電壓節點以及一內部接地節點之間進行測量，在此例子中，亦可以提供相關於不同供給電壓的一、或多個不同內部接地節點，或者，二者擇一地，其系亦可以提供該等過電壓檢測器的其中之一，以用於測量在該第一供給電壓節點以及該第二、或第三供給電壓節點之間的電壓，因此，在該第二個例子中，在該第一供給電壓節點以及該第二、或第三供給電壓節點之間的該電壓差異乃是直接地受到監控，而該電壓差異的直接監控則是在該內部接地節點未被連接至一外部接地時，也就是說，當其電位未定義時，特別具有優勢。
作為上述電路的一替代方案，該第一ESD保護組件的輸出端系亦可以被電連接至一內部接地節點，以及該第二ESD保護組件的輸出端被電連接至該相同的內部接地節點，在此例子中，當一ESD負載發生在該第一以及該第二供給電壓節點之間時，則一消散路徑乃會形成為自該第一供給電壓節點，經由該第一ESD保護組件，而到達該內部接地節點，並會繼續經由該第二ESD保護組件再到達該第二電壓節點。
再者，在此例子中，一第三ESD保護組件系亦可以加以提供，並且，其系會經由該第一供給電壓節點的一輸入端而進行電連接，其中，該第三ESD保護組件系具有被電連接至該控制總線的一控制輸入端，且藉由該控制輸入端，在ESD負載若是發生時，其乃會被激活，以及當處於該已激活狀態中時，其乃會經由被電連接至該第二供給電壓節點的一輸出端而消散接收自輸入端的電荷，因此，若是在該第一以及該第二供給電壓節點之間的一ESD負載發生時，一第三ESD保護組件的使用乃會造成經由該第三ESD保護組件的一另一消散路徑，其中，該另一消散路徑乃會與該第一以及該第二ESD保護組件所形成的該消散路徑並聯，並因而降低該並聯電路所產生之整個放電路徑的結果阻抗。
較具優勢地是，一過電壓檢測器更具有一額外的參考輸入端，以及系加以設計為讓一適合於激活每一ESD保護組件的信號可以被產生於該控制輸出端，只要一第一正閾值電壓在該測量輸入端以及通常會被連接至該內部接地節點的該參考輸入端之間被超過的話，二者擇一或額外地，一適合於激活每一ESD保護組件的信號系亦可以被產生於該控制輸出端，只要一第二負閾值電壓未在該測量輸入端以及該參考輸入端之間達到的話，因此，特別地是，該閾值電壓系亦可以是一二極體崩潰電壓，較具優勢地是，類似於此的一過電壓檢測器會在該測量輸入端以及該參考輸入端之間具有一分壓器，而該分壓器則是形成自一二極體，特別是，一齊納二極體(zener diode)，且其陽極側系會被電連接至該測量輸入端，以及形成自一電阻，其系被電連接於該二極體的陰極側之上，並且，於該電壓分壓器輸出端處的電位乃會被供給至該控制輸出端。
一類似於此的過電壓檢測所具有的優點係為，該過電壓檢測器的基本操作並不需要供給電壓，也就是說，其係為一被動電路，而此特徵係為必須的，因為該ESD保護不僅在該電路的操作期間，且特別地，在該晶片上之電路的實際製造之後的程序步驟期間，舉例而言，封裝期間，設置在一印刷電路板上的期間，以及傳輸期間，皆必須獲得保證，而原則上，一二極體的使用所提供的優點則是在於，其乃會在同時間確保正過電壓以及負過電壓兩者的檢查，所以，若是該二極體是在該反向方向中操作的話，也就是說，陽極電位高於陰極電位時，則該二極體乃會在一超過分別之二極體所特有之一崩潰電壓時進行導通，而若是該二極體是在該順向方向中操作時，也就是說，陰極電位高於陽極電位時，則該二極體乃會在一超過分別之二極體所特有之一順向電壓時進行導通，然後，當該二極體正在導通時，該結果電流將可以經由串聯連接的電阻而被轉變成為一相對應的電壓信號，以驅動該控制輸出端。
較具優勢地是，類似於此的一過電壓檢測器具有於該參考輸入端以及該控制輸出端之間的該電路組件中、緊鄰並聯連接的一對二極體，而此電路手段在不同之過電壓檢測器的該等參考輸入端未被連接成為一共同參考節點，典型地是一共同內部接地節點時則會具有優勢，且特別地，此係為在不同之未被連接至彼此的內部接地節點被使用於該電子電路之中時的例子，在一類似於此種狀況的例子中，此根據本發明的手段系會在該電子電路的操作期間，避免各個內部接地節點經由該控制總線而耦接至彼此，因此，當沒有在不同內部接地節點間之電壓強度中的差異會超過該二極體順向電壓的兩倍時，耦接即可以被避免。
較具優勢地是，該第一供給電壓節點在布局中相鄰於該第二供給電壓節點，此外，該第二電壓節點則應該相鄰於該第三供給電壓節點，在此狀況下，正如前面已經敘述的，即不再需要介於該第一以及該第三供給電壓網絡之間之長且直接的總線，而在該第一以及該第三供給電壓節點之間的一消散路徑則會使用該等總線以及該等被連接至該第二供給電壓節點的ESD保護組件。
在根據本發明之用於使用至少一第一以及一第二供給電壓之電子電路的一ESD保護方法的例子中，在該第一供給電壓節點處的電位系會進行測量，一第一ESD保護組件以及一第二ESD保護組件系會因為於該第一供給電壓節點處之該已測量電位的作用而於同時間被激活，在此例子中，該第一以及該第二ESD保護組件系利用一相對應於根據權利要求第1項之該第一以及該第二ESD保護組件的方式而加以設計以及連接，而較佳地是，於該第二供給電壓節點處的電位系亦進行測量，在此例子中，該第一ESD保護組件以及該第二ESD保護組件則是會因為於該第一供給電壓節點處以及在該第二供給電壓節點處之該等已測量電位的作用而被激活。
本發明的更進一步優點則是載明於附屬權利要求之中。
本發明將利用數個示範性實施例以及以圖式作為參考而於接下來進行更詳盡的解釋，其中圖1其系顯示根據已知技術，在兩個供給電壓網絡間之標準ESD保護；圖2其系顯示根據本發明之一ESD保護電路的一第一示範性實施例；圖3其系顯示根據本發明之一ESD保護電路的一第二示範性實施例；圖4其系顯示根據本發明之一ESD保護電路的一第三示範性實施例；圖5其系顯示根據本發明之被使用於一ESD保護電路中之一過電壓檢測器的一第一示範性實施例；
圖6其系顯示根據本發明之被使用於一ESD保護電路中之一過電壓檢測器的一第二示範性實施例；圖7其系顯示兩個不同ESD保護組件的電流/電壓變量曲線的一圖例；以及圖8其系顯示於圖2中所示之該第一示範性實施例的一布局範例。
具體實施例方式
圖1系顯示於已知技術中，在兩個供給電壓網絡VDD1以及VDD2之間、用於一集成電路的標準ESD保護，在此例子中，一ESD保護組件1乃是被配置於這些網絡之間，並且，乃會在一ESD負載發生時，形成在該等網絡VDD1以及VDD2之間的一電荷消散路徑，而此ESD保護組件1則為一基極未連接的npn電晶體組件形式，也就是說，其係為打開的，再者，標準ESD保護，類似於此，系會在該供給電壓節點VDD1以及內部接地節點VSS之間，以及在該供給電壓節點VDD2以及內部接地節點VSS之間，具有兩個齊納二極體(zener diodes)2以及3，此外，在該待保護之電路的操作期間，該等齊納二極體以及該ESD保護組件則是會進行反向偏壓。
若是該節點VDD1系由於一靜電放電而受到充電時，則一大量強度的正、或負電壓將會被產生於VDD1以及VSS之間、及/或VDD2以及VSS之間，再者，若是電壓差異VDD1-VSS超過該齊納二極體的崩潰電壓VBD，Z時，則此二極體會開始導通，因此，一放電路徑乃會經由該節點VSS而形成在VDD1之間，以及，若是電壓差異VDD1-VDD2超過一閾值電壓Vtrigger時，則該ESD保護組件1系會開始導通，因此，一放電路徑乃會經由該節點VDD2而形成在VDD1之間，在此，形成該放電路徑的關鍵因素係為，該等節點VDD2、或VSS是否被電連接至該集成電路的外界環境，而這則是因為，到達該外界環境的該放電路徑系僅可以在一相對應連接存在時形成，此外，一類似於此的連接系亦可以經由一、或多個另外之晶片內部節點的一間接形式而存在。
有關於該ESD保護組件1之操作方法的參考系應該指向具有一開放基極之一npn電晶體組件的電壓/電流特徵的變量曲線51，如圖7所示，若是在該電晶體之集極以及射極之間的差異電壓超過崩潰電壓VBD，npn時，則通過該npn電晶體組件的集極電流I將會緩慢地增加，當該差異達到一數值Vtrigger時，則該差異電壓將會崩潰至一維持電壓(holding voltage)Vh，並伴隨著差動以及絕對傳導性(differentialand absolute conductivity)大幅度地增加，因此，該npn電晶體組件系會開始導通，再者，由於被使用作為一ESD保護組件的一npn電晶體組件乃是對稱地進行建構，因此，該電壓/電流特徵系會有關於原點而大約對稱於一點。
若是將該等節點VDD1、或VDD2連接至該ESD保護組件的總線並不具有一足夠低的阻抗時，則在一靜電放電發生時，乃會發生跨越如此之金屬總線的一被增加電壓降，再者，若是此電壓高於位在該電路核心中之兩個n摻雜溝渠之間的崩潰電壓時，且其中，該第一溝渠乃是被電連接至VDD1以及該第二溝渠系被電連接至VDD2，則電荷將會被消散於該等n摻雜溝渠之間，而非經由該ESD保護組件進行消散，而且，此系通常會有關於不可逆的崩潰，因而造成該電路無法使用。
通常，如圖1所示之經由在兩個供給電壓網絡VDD1以及VDD2間之該ESD保護組件1之直接保護的可能性系僅會被提供在相鄰之供給電壓網絡之間，那是因為否則，該等總線的電阻不是會太大、就是所需要之總線面積會過度地限制可以被用於主動電路區塊的面積，再者，若是沒有直接的保護會藉由一ESD保護組件而被提供在兩個不相鄰之供給網絡之間時，則當一ESD負載發生時，一消散路徑將僅可以間接地被形成在這些非相鄰的供給網絡之間，舉例而言，經由該等二極體2以及3。
但是，在此狀況下，於一間接消散路徑，類似於此，被形成之前，將會有破壞性電荷均衡已經經由該電路核心而舉行的高度風險。
圖2系顯示根據本發明之一ESD保護電路的一第一示範性實施例，而其乃是以其所舉例的方式而被用於一待保護、且具有至少四個供給電壓的集成電路。在此例子中，一ESD保護組件11，12，或13系會分別地被配置在該第一供給電壓節點VDD1以及該第二供給電壓節點VDD2之間，該第二供給電壓節點VDD2以及該第三供給電壓節點VDD3之間，該第三供給電壓節點VDD3以及該第四供給電壓節點VDD4之間，並且，兩個被直接連結至一ESD保護組件的供給電壓節點系會於該晶片上相鄰配置，特別是，以襯墊框架區域(pad frame area)的形式，以及，此些ESD保護組件11，12，或13乃為npn電晶體組件的形式，再者，在該等供給電壓節點VDD1，VDD2，VDD3，與VDD4以及晶片內部接地電位VSS之間的電壓系會分別地受到，會分別地接收來自相對應供給電壓節點的電位，以及經由一測量輸入端(繫於每一例子中標示以M)以及經由一參考輸入端(繫於每一例子中標示以R)而來自內部接地節點VSS之電位的過電壓檢測器14，15，16，以及17的監控，並且，該等過電壓檢測器14，15，16，以及17的每一系具有會被連接至一控制總線18的一控制輸出端(繫於每一例子中標示以箭頭)，此外，該等被使用作為ESD保護組件之npn電晶體組件的基極則是會被電連接至該控制匯流排18。
該等ESD保護組件系會加以設計，以使得它們在有關於該ESD保護電路之該電子電路的正常操作期間，不會具有傳導性，也就是說，它們不會受到外部施加之電位的影響，然而，若是在該分別之供給電壓節點以及該接地節點之間、超過一正閾值數值、或未達一負閾值數值的一電壓受到該等過電壓檢測器14-17的其中之一的檢測時，則該控制總線的該電壓狀態乃會由於該分別之過電壓檢測器而受到切換，因而讓所有該等被連接至該控制總線18的ESD保護組件11-13會於同時間被切換至一導通狀態，也就是說，它們會於同時間被激活，而此則是會造成一保護低阻抗消散路徑。
若是，舉例而言，此係為一靜電電荷自該晶片的外部而被施加至該供給電壓網絡VDD1，且更進一步，消散有可能經由透過在VDD4以及該晶片之環境間之一電性連接的VDD4，的一靜電放電時，則當檢測到一過電壓時，一低阻抗放電路徑將會藉由靠近該等保護組件而被形成在VDD1以及VSS之間，而此放電路徑則是會自該節點VDD1、經由該等節點VDD2與VDD3，以及該等ESD保護組件11-13、而到達該節點VDD4，因此，在此狀況下，該等ESD保護組件以及在相鄰供給電壓網絡間之該等ESD保護組件的該等總線系亦會被用於在非相鄰供給電壓網絡，在此例子中，VDD1以及VDD4，之間的電荷均衡(charge equalization)。
在圖2中所舉例說明的該示範性實施例系亦可以利用一類似的方式，而被傳遞至用於具有任何特定數量n之供給電壓的電子電路的一ESD保護電路，其中，n系大於2，舉例而言，3、或4個供給電壓(在圖2中以虛線節點VDD1，VDD4，18，VSS表示)，此外，其系亦可行的是，在圖2中所舉例說明之該第一供給電壓VDD1以及沿著該等供給電壓節點之連結的該最後一供給電壓VDD4系可以直接藉由一額外的ESD組件(未顯示)而進行耦接，倘若該等網絡VDD1以及VDD4繫於布局中為相鄰時。
圖3系顯示根據本發明之該ESD保護電路的一第二示範性實施例，其系被使用於一待保護的集成電路，並且具有至少三個供給電壓，在此例子中，一分別的ESD保護組件21或22系會被配置於該第一供給電壓節點VDD1以及該第二供給電壓節點VDD2之間，以及在該第二供給電壓節點VDD2以及該第三供給電壓節點VDD3之間，且該等ESD保護組件21以及22係為npn電晶體組件的形式，再者，在該供給電壓節點VDD1以及該晶片內部接地電位VSS之間的電壓系藉由一過電壓檢測器25而進行監控，此外，在該等供給電壓網絡之間的電壓差異亦同樣是直接受到監控，所以，為了這個目的，在該供給電壓節點VDD2處之電位以及該供給電壓節點VDD1處之電位之間的電壓差異乃是藉由一過電壓檢測器23而進行監控，以及，在該供給電壓節點VDD3處之電位以及該供給電壓節點VDD1處之電位之間的電壓差異也是利用類似於此的方法而藉由一過電壓檢測器24進行監控，並且，該等過電壓檢測器23-25的每一皆會具有被電連接至一控制總線26的一控制輸入端(其繫於每一例子中以箭頭標示)，另外，該等npn電晶體組件21以及22被使用作為ESD保護組件的基極則是會被電連接至該控制總線26。
若是該等過電壓檢測器23-25的其中一檢測到在該分別之測量輸入端以及該參考輸入端間、且超過一正閾值數值、或是未達到一負閾值數值的一電壓時，則在該控制總線上的該電壓狀態乃會由於該分別之過電壓檢測器而受到切換，因而讓所有該等被連接至該控制總線的ESD保護組件21以及22會同時被切換至一導通狀態。
然而，根據本發明的電路概念並不受限於被配置在供給電壓網絡之間的ESD保護組件，圖4系顯示使用根據本發明之電路概念的一第三示範性實施例，而其則是可以被用於直接置於供給電壓網絡之間的ESD保護組件，以及同時，也可以被用於每一皆會被配置於一供給電壓網絡以及該晶片內部接地節點VSS之間的ESD保護組件。正如在圖2中所示，一ESD保護組件32乃是位於兩個供給電壓節點VDD1以及VDD2之間，而更進一步地，根據本發明的此ESD保護電路則是會具有兩個另外的ESD保護組件31以及33，分別位在該等節點VDD1與VSS之間，以及位在VDD2與VSS之間，因此，該等保護組件31以及33系會被連接至未彼此金屬連接的不同供給電壓網絡，再者，在該供給電壓節點VDD1與該晶片內部接地電位VSS之間的電壓，以及在該供給電壓節點VDD2與該晶片內部電位VSS之間的電壓，則是會分別地受到一過電壓檢測器34或35的監控，並且，該等過電壓檢測器34以及35的每一皆會具有被電連接至一控制總線36的一控制輸入端(其繫於每一例子中以箭頭標示)，另外，該等npn電晶體組件31-33被使用作為ESD保護組件的基極則是會被電連接至該控制總線36。
若是該等過電壓檢測器34以及35的其中一檢測到在該分別之測量輸入端以及該參考輸入端間、且超過一正閾值數值、或是未達到一負閾值數值的一電壓時，則在該控制總線上的該電壓狀態乃會由於該分別之過電壓檢測器而受到切換，因而讓所有該等被連接至該控制總線的ESD保護組件31至33會同時被切換至一導通狀態。在此例子中，在兩個供給電壓節點之間的該等ESD保護組件(在此例子中，該ESD保護組件32)，以及在一供給電壓節點以及該晶片內部接地節點VSS之間的該等ESD保護組件(在此例子中，該等ESD保護組件31以及33)兩者，系會同時被激活。
圖5系顯示被使用於根據本發明的一ESD保護電路中之一過電壓檢測器的一第一示範性實施例，而此則是會具有位在一測量輸入端M以及一參考輸入端R之間之包含一齊納二極體43以及一電阻44的一分壓器，且在此例子中，該齊納二極體乃會進行定向，以使得陽極係為電連接至該測量輸入端，再者，來自該分壓器的一輸出信號則是會經由該控制輸出端45而進行發射。
若是在該齊納二極體的操作期間，於該測量輸入端以及該參考輸入端之間的該正電壓會於反向偏壓方向上超過一崩潰電壓VBD，Z時(這對此齊納二極體實施例而言係為典型的)，則此齊納二極體即會開始導通，因此，一電流ID乃會在該測量輸入端以及該參考輸入端之間流動，而該電流ID則是會造成跨越該電阻44的一電壓降，再者，於該控制輸出端45處的電位系可以被用以讀取是否一過電壓已經於該測量輸入端M以及該參考輸入端R之間受到檢測，並且，具有代表在該測量輸入端M以及該參考輸入端R間之一過電壓的強度的負電壓也同樣可以利用類似的方式而進行檢測，且在此例子中，只要在陽極以及陰極之間的電壓一超過該二極體的順向電壓，該二極體即會於操作期間在順向方向上導通，而此係為當該測量輸入端以及該參考輸入端之間之該電壓系小於該順向電壓之負位準時的情形。
除了已經解釋過的電壓/電流變量曲線51之外，圖7系亦顯示如圖5中所顯示之一過電壓檢測器結合其所驅動之一npn電晶體組件所產生的結果電壓/電流變量曲線52，正如在圖7之右手邊所描繪的，而在此例子中，X軸系敘述在該過電壓檢測器之該側量輸入端以及該參考輸入端之間的電壓，以及Y軸系敘述顯示於圖7中之右手邊的電流I，且其乃會流入該過電壓檢測器以及該npn電晶體組件所形成的該結果電路。
該變量曲線52與該變量曲線51不同之處系在於，只要該電壓V亦超過該其納二及體的該崩潰電壓VBD，Z時，該電流I即會以一簡單的方式增加至一npn二極體電晶體之特徵的輸出數值，在此例子中，一般而言，該崩潰電壓VBD，Z乃會少於具有一開放基極之npn電晶體的電壓數值VBD，Z以及Vtrigger，而且，除了一電壓Vh之外，差動以及絕對傳導性乃會利用與具有一開放基極之該npn電晶體組件相似的方式而劇烈地增加。
該過電壓檢測器系亦可以加以設計為在該電壓數值方面有一不同的響應，且此係為重要的，因為，正在監控，舉例而言，具有一3.3V之額定電壓(nominal voltage)之一供給電壓網絡VDD1的一過電壓檢測器乃應該僅會在比正在監控，舉例而言，具有一1.8V之較低額定電壓之一供給電壓網絡VDD2的一過電壓檢測器更高的電壓時產生響應，而此則是可以藉由利用具有不同崩潰電壓VBD，Z的不同齊納二及體而加以達成，再者，其系亦有可能在該側量輸入端以及該參考輸入端之間，特別是，在該測量輸入端M以及該控制輸入端45之間，的路徑中使用一另一二極體，以使得該過電壓檢測器的響應朝向更高的電壓移動，此外，當考慮到不同的額定供給電壓時，即使是不同於該最小額定供給電壓的小量ESD負載也會導致在所有該等被連接至該控制總線之ESD保護組件之該驅動位準中的一增加，因而整體會造成處於一低位準的電壓限制。
圖6系顯示被使用於根據本發明之一ESD保護電路之一過電壓檢測器的一第二示範性實施例，在此例子中，來自圖5以及圖6、且被提供以相同參考符號的組件以及節點乃會彼此相對應，此外，一對彼此緊鄰並聯連接的二極體46以及47乃會被配置於該控制輸出端以及該參考輸入端之間，並且，該對彼此緊鄰並聯連接的二極體(如在圖6中所示)、或該電阻44是否被連接至該參考輸入端系無關於該對二極體的操作。
當利用二、或多個內部接地節點(舉例而言，VSS1以及VSS2)以及經由該等參考輸入端而連接至不同內部接地節點的二、或多個過電壓檢測器時，將該過電壓檢測器添加至一對彼此緊鄰並聯連接的二極體系可以避免不同的接地節點在該電子電路的操作期間經由該控制總線而被耦接至彼此，另外，在利用顯示於圖6中之過電壓檢測器時，僅有當處於該等參考節點處之電位與該二極體順向電壓至少有兩倍的差異時，一電導通連接才會經由在該兩個過電壓檢測器之該兩個不同參考節點R之間的該控制總線而加以產生。
最終，圖8系顯示於圖3中所示之該等ESD保護組件11-13，其於該集成電路之襯墊框架區域中之配置的一例子。四個操作電壓VDD1-VDD4系經由該等襯墊Pad_VDD1-Pad_VDD4而加以供給，該等ESD保護組件11-13系會被配置於兩個相鄰供給網絡之間，該等ESD保護組件的該等輸入端以及輸出端系會經由寬幅金屬總線BUS1-BUS4而被連接至該等供給電壓節點，若是一ESD負載發生於該等節點VDD1以及VDD2之間時，則該等ESD保護組件11-13即會被激活，並且，一低阻抗導通ESD保護路徑乃會經由該等總線BUS1-BUS4以及該等中間ESD保護組件11-13而加以形成。
權利要求
1.一種靜電放電保護電路，其用於一使用至少一第一以及一第二供給電壓的電子電路，包括-一第一ESD保護組件(11-13；21，22；31-33)，其--乃是經由一輸入端而電連接至有關於該第一供給電壓的一第一供給電壓節點(VDD1-VDD4)；--具有一控制輸入端，且透過該控制輸入端，其在ESD負載發生時會被激活；以及--在該已激活狀態中，其乃是經由一輸出端而消散自輸入端所接收的電荷；-一第二ESD保護組件(11-13；21，22；31-33)，其--乃是經由一輸入端而電連接至有關於該第二供給電壓的一第二供給電壓節點(VDD1-VDD4)；--具有一控制輸入端，且透過該控制輸入端，其在ESD負載若是發生時會被激活；以及--在該已激活狀態中，其乃是經由一輸入端而消散自輸入端所接收的電荷；-一控制總線(18；26；36)，電連接該等ESD保護組件的該等控制輸入端；以及-一第一過電壓檢測器(14-17；23-25；33，34)，具有--至少一測量輸入端(M)，以用於測量在該第一供給電壓節點處的電位；以及--一控制輸出端，以用於因該已測量電位的作用而驅動該控制總線。
2.根據權利要求1所述之ESD保護電路，其特徵在於，一第二過電壓檢測器(14-17；23-25；33，34)具有，-至少一測量輸入端(M)，以用於測量於該第二供給電壓節點處的電位；以及-一控制輸出端，以用於因該已測量電位的作用而驅動該控制總線。
3.根據前述權利要求其中之一所述之ESD保護電路，其特徵在於，該第一以及第二ESD保護組件為串聯連接。
4.根據權利要求3所述之ESD保護電路，其特徵在於，-該ESD保護電路乃具有相關於一第三供給電壓的一第三供給電壓節點(VDD1-VDD4)；-該第一ESD保護組件(11-13；21，22)的輸出端乃會電連接至該第二供給電壓節點；以及-該第二ESD保護組件(11-13；21，22)的輸出端乃會電連接至該第三供給電壓節點。
5.根據權利要求4所述之ESD保護電路，其特徵在於，一第三過電壓檢測器(14-17；23-25)，具有-至少一測量輸入端(M)，以用於測量在該第三供給電壓節點處的電位；以及-一控制輸出端，以用於因該已測量電位的作用而驅動該控制總線。
6.根據權利要求5所述之ESD保護電路，其特徵在於，該三個過電壓檢測器(14-17)乃被設計為它們各自會測量在與它們相關的一供給電壓節點(VDD1-VDD4)以及一內部接地節點(VSS)間的電壓。
7.根據權利要求5所述之ESD保護電路，其特徵在於，該等過電壓檢測器(23，24)的其中之一乃會測量位在該第一供給電壓節點以及該第二、或第三供給電壓節點之間的電壓。
8.根據權利要求1至3其中之一所述之ESD保護電路，其特徵在於，-該第一ESD保護組件(31)的輸出端乃會電連接至一內部接地節點(VSS)；以及-該第二ESD保護組件(333)的輸出端乃會電連接至該相同的內部接地節點(VSS)。
9.根據權利要求8所述之ESD保護電路，其特徵在於，一第三ESD保護組件(32)，其-乃是經由一輸入端而電連接至該第一供給電壓節點；-具有一控制輸入端，其電連接至該控制總線(36)，以及藉由該控制輸入端，其在ESD負載發生時會被激活；以及-在該已激活狀態中，乃是經由電連接至該第二供給電壓節點的一輸出端而消散自輸入端所接收的電荷。
10.根據前述權利要求其中之一所述之ESD保護電路，其特徵在於，一過電壓檢測器(14-17；23-25；33，34)，-乃具有一額外的參考輸入端(R)；以及-乃被設計為讓一適合驅動每一ESD保護組件的信號會在該控制輸出端產生，只要--在該測量輸入端以及該參考輸入端間的一第一正閾值電壓，特別是，一二極體崩潰電壓，被超過時；及/或--在該測量輸入端以及該參考輸入端間的一第二正閾值電壓未被達到時。
11.根據權利要求10所述之ESD保護電路，其特徵在於，根據權利要求10的一過電壓檢測器乃會於該測量輸入端(M)以及該參考輸入端(R)間具有一分壓器，其具有-一二極體，特別是一齊納二極體(zener diodes)(43)，其乃是藉由其陽極側而電連接至該測量輸入端(M)；以及-一電阻(14)，其乃被電連接至該二極體的陰極側，其中，電位乃自該分壓器輸出至該控制輸出端(45)。
12.根據權利要求11所述之ESD保護電路，其特徵在於，根據權利要求11的一過電壓檢測器乃具有與在該參考輸入端以及該控制輸出端間的該電路組件緊鄰並聯連接的一對二極體(46，47)。
13.根據前述權利要求其中之一所述之ESD保護電路，其特徵在於，一ESD保護組件乃具有一雙極電晶體組件，特別是，一npn雙極電晶體組件。
14.根據權利要求4所述之ESD保護電路，其特徵在於，在該布局中，-該第一供給電壓節點乃鄰接於該第二供給電壓節點；以及-該第二供給電壓節點乃鄰接於該第三供給電壓節點。
15.一種用於使用至少一第一以及一第二供給電壓的一電子電路的ESD保護方法，包括下列步驟-測量於該第一供給電壓節點(VDD1-VDD4)處的電位；以及-由於在該第一供給電壓節點處的已測量電位的作用而激活--該第一ESD保護組件(11-13；21，22；31-33)，根據權利要求1，以及在同時間-該第二ESD保護組件(11-13；21，22；31-33)，根據權利要求1。
全文摘要
根據本發明的ESD保護電路乃是針對使用至少一第一以及一第二供給電壓的一電子電路所設計。此ESD保護電路乃具有可經由一控制輸入端而激活、且分別被電連接至第一以及第二供給電壓節點(V
文檔編號H02H9/00GK1649227SQ200510006368
公開日2005年8月3日 申請日期2005年1月28日 優先權日2004年1月30日
發明者H·戈斯納 申請人:因芬尼昂技術股份公司