專利名稱：靜電放電保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是有關(guān)于集成電路設(shè)計，尤其是有關(guān)于靜電放電保護(hù)電路，以保護(hù)集成電路中的核心電路系統(tǒng)不受靜電放電(ESD)的傷害。
背景技術(shù)：
在集成電路中任何金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中的柵氧化層是最容易受到傷害的。柵氧化層接觸到比供應(yīng)電壓稍高的電壓就會損壞。一般規(guī)格的電壓為5.0，3.3，3.1伏特或更低。一般環(huán)境帶來的靜電電壓可輕易的高于數(shù)千或數(shù)萬伏特。如此的電壓，即使造成的電流極小，電荷極微，都十分具有殺傷力。因此在靜電電荷累積到產(chǎn)生危害之前就將之放電，是十分重要的課題。
靜電放電是集成電路安裝至大型組合電路(例如印刷電路板PCB)之前，以及該P(yáng)CB連接至操作電源之前的其中一項考量。易受影響的時機(jī)還包含了制作、儲存、運(yùn)送、操作及安裝等階段。在電源接通之后，該電源供應(yīng)器與整個架構(gòu)可能會輕易地聚集或消散靜電電荷。
靜電放電保護(hù)電路系統(tǒng)(ESD protective circuitry)基本上是附加在集成電路的接點(pad)上。該接點為電源(electric powersupplies)，地線(electric grounds)以及電子信號(electricsignals)等提供了對該集成電路與對外部電路系統(tǒng)的連結(jié)。此附加電路系統(tǒng)必須使該集成電路維持正常運(yùn)作，意即該保護(hù)電路系統(tǒng)與該正常運(yùn)作的核心電路是等效地隔離開的(isolated)，并阻擋電流使之不會經(jīng)由該保護(hù)電路系統(tǒng)流入地線或其它電路及接點。在一運(yùn)作中的集成電路中，電力經(jīng)由端點VCC輸入，而地線則連接到端點VSS上，外部電子信號透過某些接點輸入，而由核心電路產(chǎn)生的電子信號則借由另外的接點輸出至外部電路與裝置上。在一與外界隔離未連線的集成電路上，所有接點可視為懸空(floating)的，不具有確定的電壓。在大部分的情況下，這意味著這些接點可能是接地的，或是具有零電壓。
靜電放電可能發(fā)生在任何接點上。它可以發(fā)生在，舉例來說，當(dāng)碰觸到該集成電路上某個接點時。這種現(xiàn)象和日常的靜電經(jīng)驗是相同的原理，例如在干燥的環(huán)境下走過一條地毯，隨后碰觸到接地的金屬物體。在一單獨(dú)未連接的集成電路中，靜電放電可視為對一或多個接點提供的短暫電源，相對的其它接點則保持懸空或接地。因為該等其它接點已接地，當(dāng)視為對隨機(jī)接點提供電源的靜電放電發(fā)生時，該保護(hù)電路系統(tǒng)的反應(yīng)會與集成電路正常運(yùn)作時不太相同。當(dāng)一個靜電放電事件發(fā)生時，該保護(hù)電路系統(tǒng)必須快速地導(dǎo)通，以使得靜電荷被導(dǎo)向端點VSS或地線，在有害電壓形成之前消散掉。
因此靜電放電保護(hù)電路系統(tǒng)包含兩種狀態(tài)。在正常運(yùn)作的集成電路中，靜電放電保護(hù)電路系統(tǒng)阻擋電流的通過，毫不影響該集成電路的運(yùn)作，因此對該集成電路而言等于是不存在的。在一單獨(dú)未連接的集成電路中，靜電放電保護(hù)電路系統(tǒng)發(fā)揮保護(hù)集成電路的功能，在有害電壓形成之前，快速地將靜電荷導(dǎo)向端點VSS或地線。
因此靜電放電保護(hù)電路的改良一直有著存在的必要性。
實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種靜電放電保護(hù)電路，用于一集成電路中。該靜電放電保護(hù)電路包含一二極管串，一靜電電荷消散模塊，一第一二極管，以及一控制模塊。該二極管串的陽極耦接至一第一端點，具有一正向電壓降大于等于一第一供應(yīng)電壓，陰極是用以導(dǎo)通靜電電荷。該靜電電荷消散模塊具有至少一N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管用以導(dǎo)通該靜電電荷從該二極管串至一第一共享端，該第一共享端耦接著一第二供應(yīng)電壓。該第一二極管的陽極耦接至該第一共享端，陰極耦接至該第一端點。該控制模塊控制該靜電電荷消散模塊，當(dāng)該控制模塊使該第一端點上的電壓大于該正向電壓降時，該靜電電荷透過該第一共享端消散。
本實用新型所述的靜電放電保護(hù)電路，該控制模塊更進(jìn)一步包含一反向器模塊，耦接至該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極，該反向器模塊包括一P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管和一第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，且該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極和該第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極相耦接，該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的漏極和該第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的源極相耦接，所述反相器模塊是用以控制該金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極；以及一電阻電容模塊，包括一電阻和一N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容，該電阻的一端和N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容的一端耦接至該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管和該第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極，該電阻的另一端耦接至第一供應(yīng)電壓，該N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容的另一端耦接至第一共享端，所述電阻電容模塊是用以當(dāng)靜電放電發(fā)生時，在預(yù)充電階段提供一輸入電壓至該反向器模塊，以使得該反向器模塊的輸出開啟該金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，以消散該靜電電荷。
本實用新型所述的靜電放電保護(hù)電路，更包括一第二二極管，耦接于第二端點與第一共享端之間，當(dāng)該第一共享端無接地時，該第一端點的靜電電荷，透過該第一共享端，經(jīng)由一第二二極管連接至一第二端點而消散至地。
本實用新型所述的靜電放電保護(hù)電路，該靜電電荷消散模塊更進(jìn)一步包含一第一和第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管串聯(lián)，其中該第一N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的漏極耦接至該第一端點，而該第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的源極耦接至該第一共享端。
本實用新型另提供一種靜電放電保護(hù)電路，用于一集成電路中，所述靜電放電保護(hù)電路包含一二極管串，該二極管串的陽極耦接至一第一端點，具有一正向電壓降大于等于一第一供應(yīng)電壓，以及該二極管串的陰極是用以導(dǎo)通靜電電荷；一靜電電荷消散模塊，具有至少一N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管用以導(dǎo)通該靜電電荷從該二極管串至一第一共享端，該第一共享端耦接著一第二供應(yīng)電壓；一第一二極管，該第一二極管的陽極耦接至該第一共享端，該第一二極管的陰極耦接至該第一端點；以及一控制模塊，用以控制該靜電電荷消散模塊，當(dāng)該控制模塊使該第一端點上的電壓大于該正向電壓降時，該靜電電荷透過該第一共享端消散，其中當(dāng)靜電放電發(fā)生時，一RC模塊在預(yù)充電階段提供一輸入電壓至該控制模塊，使該控制模塊的一輸出開啟該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管以使靜電電荷消散。
本實用新型所述的靜電放電保護(hù)電路，該控制模塊進(jìn)一步包含一反向器模塊，該反相器模塊連接至該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極，用以控制該金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極。
本實用新型所述的靜電放電保護(hù)電路，該二極管串的陰極耦接于該控制模塊，提供一預(yù)設(shè)電壓以驅(qū)動該控制模塊。
本實用新型所述的靜電放電保護(hù)電路，該RC模塊更進(jìn)一步包含一電阻和一N型晶體管，該電阻耦接至該N型晶體管的柵極。
本實用新型所述的靜電放電保護(hù)電路，更包括一第二二極管，耦接于該第二端點與該第一共享端之間，當(dāng)該第一共享端未接地時，該第一端點的靜電電荷，透過該第一共享端，經(jīng)由一第二二極管連接至一第二端點而消散至地。
本實用新型所述的靜電放電保護(hù)電路，該靜電電荷消散模塊更進(jìn)一步包含一第一和第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管串聯(lián)，其中該第一N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的漏極耦接至該第一端點，而該第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的源極耦接至該第一共享端。
本發(fā)明所述靜電放電保護(hù)電路，在有害電壓形成之前，能快速地將靜電荷導(dǎo)向端點VSS或地線。


圖1A是為本實用新型第一實施例的靜電放電保護(hù)電路；圖1B顯示本實用新型第一實施例中正向靜電放電的電流流向；圖2A是為本實用新型第二實施例的靜電放電保護(hù)電路；圖2B是為本實用新型第二實施例正向靜電放電的電流流向；圖3是為本實用新型第一和第二實施例中正向靜電放電時靜電放電保護(hù)電路中各端點的時序圖。
具體實施方式
在第一實施例中，圖1A是為一靜電放電保護(hù)電路100，耦接至一集成電路的接點102。在運(yùn)作時，該接點102可耦接至一端點VDD，一端點VSS，一外部輸入信號源，或一內(nèi)部輸出信號源。端點VDD在此例中表示為其它部分輸入至內(nèi)部的電源，而端點VSS代表從內(nèi)部輸出至其它四個地方的電源。大部分的狀況下，端點VSS是為接地。
二極管104，二極管106和二極管108組成一二極管串110。其中該二極管104的陽極耦接至接點102，陰極耦接至二極管106的陽極，二極管106的陰極耦接至二極管108的陽極。因二極管104，二極管106和二極管108串聯(lián)且陰極端朝向同一方向，該二極管串110的端點112即視為陰極。同樣地，耦接于接點102的一端即為二極管串110的陽極。二極管108的陰極耦接至端點112，而該端點112又耦接至P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管114的本體和源極。該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管114耦接至N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管116的柵極。該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管114和N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管116形成一反向器118，兩者的柵極共同耦接于端點120上。該端點120耦接至電阻122的一端，該電阻122的另一端耦接至端點VDD。端點120亦耦接至N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容124的一端，而該N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容124的另一端耦接至端點VSS。該電阻122和N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容124等效地形成一RC模塊126。P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管114的漏極耦接至端點128，以作為反向器118的輸出并耦接至N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130。端點112亦耦接至N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130的漏極。該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130的源極耦接至端點VSS。該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管116的源極亦耦接至端點VSS。該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管116的漏極耦接至端點128。接點102亦耦接至二極管132的陰極，該二極管132的陽極耦接至端點VSS。這些端點VSS在實際上都耦接至一共享極。此外RC模塊126和反向器118可視為一控制模塊用以在靜電放電期間開啟或關(guān)閉一靜電電荷消散模塊如N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130。
在運(yùn)作中，接點102可以是用于端點VDD，端點VSS或一電壓介于電位VDD和電位VSS之間的輸入輸出端點。因接點102的電壓不會高于電位VDD或低于電位VSS，二極管串110和二極管132不會因受偏壓而導(dǎo)通。在電路啟動后，端點120被充電至電位VDD，沒有電流流經(jīng)電阻122。故端點120以VDD的電壓位準(zhǔn)施加于反向器118中P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管114和N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管116的柵極。因此N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130的柵極被定在一低電壓位準(zhǔn)，使N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130維持關(guān)閉。
二極管串110中的二極管數(shù)目是經(jīng)過仔細(xì)推算使得正向電壓降總和恰好大于電位VDD。因此，正常信號不會從接點102傳到端點112。借決定一最少數(shù)目的二極管可在傷害發(fā)生之前發(fā)揮保護(hù)作用。在正常操作下，N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130一直維持關(guān)閉。在正常操作下，N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130的柵極端為低電壓，使N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130維持關(guān)閉，更可確保端點112上不具有任何電力。如此在集成電路的正常狀態(tài)下靜電放電保護(hù)電路是沒有任何運(yùn)作的。
靜電放電不僅是集成電路安裝至大型組合電路(例如印刷電路板PCB)之前，以及該P(yáng)CB連接至操作電源之前的其中一項考量。易受影響的時機(jī)還包含了制作、儲存、運(yùn)送、操作及安裝等階段。靜電放電保護(hù)電路是連接至每一端點。
當(dāng)一正向靜電電荷于任何一端點例如接點102發(fā)生放電，該靜電電荷可視為一提供正電壓的電源供應(yīng)器。該端點VSS仍為電位VSS。端點120上的電壓，從電位VSS開始根據(jù)RC常數(shù)漸漸增加，該RC常數(shù)是由電阻122和N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容124決定。如果在圖1A中有個很大的電容，如虛線所指的電容127，置于端點VDD和一耐高電壓輸入/輸出的接點102之間，則該電阻122和N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容124串聯(lián)形成的高RC常數(shù)延遲端點120的電壓上升。如果電容127值很小，則它只有很小電壓降，且對端點120的相對影響較小。端點120的電壓基本上應(yīng)維持在電位VSS。同理，如果有一個二極管存在于圖1A中，如虛線所指的二極管129，位于接點102和端點VDD之間，則電壓上升根據(jù)該電阻122和N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容124串聯(lián)的RC常數(shù)而延遲，從電位VSS開始緩慢上升。
隨著靜電放電在接點102上發(fā)生，電壓突然上升，當(dāng)電壓上升到高于二極管串110的正向電壓降，電流流經(jīng)二極管串110至端點112。電流開始對N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130的漏極和P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管114的源極充電。P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管114的柵極和N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管116的柵極在未啟動時電位為VSS，其驅(qū)動反向器118以從端點120傳送一相對大或正電壓至該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130的柵極。該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130在電力到達(dá)端點112時開啟，N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130的漏極傳導(dǎo)靜電電荷造成的電流從接點102經(jīng)過二極管串110到端點VSS。借此，接點102的電壓被限制在稍高于電位VSS的值，等于二極管104，二極管106和二極管108的正向電壓降加上N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130的電壓降總和。該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130的電壓降在導(dǎo)通時很小，因此接點102的電壓維持稍高于二極管串110正向電壓降的總和，對集成電路的核心電路系統(tǒng)而言是安全值。
圖1B顯示本實用新型第一實施例中當(dāng)正靜電電荷到達(dá)該接點102時，正向靜電放電的電流流向。同時參照圖1A和圖1B，圖1B包括兩個靜電放電保護(hù)電路100，其中上部電路受一正靜電電荷推動。下部電路的接點則接地。如上部電路的接點未接地，靜電電荷首先消散至上部電路的端點VSS，如路徑134所示。因上部電路的端點VSS是共享連結(jié)，如共享連線136所示，接至下部電路的端點VSS，即接地的接點138，則靜電電荷將從上部電路的端點VSS導(dǎo)向下部電路的端點VSS。該靜電電荷接著借二極管132流經(jīng)路徑140，最后消散至地線。
當(dāng)一負(fù)靜電電荷于任一端點如接點102發(fā)生放電，該負(fù)電壓只會增加二極管132的正向電壓降。負(fù)靜電電荷以此低電壓經(jīng)由二極管132消散至接地的端點VSS。借此集成電路的核心電路系統(tǒng)可輕易地被保護(hù)。
圖2A是為本實用新型第二實施例的靜電放電保護(hù)電路200。該靜電放電保護(hù)電路200耦接至一接點202。在此例中端點VDD是用以從內(nèi)部輸出電流至其它兩個地方，而端點VSS是用以由內(nèi)部輸出電流至其它五點地方。三個二極管204，二極管206和二極管208形成一二極管串210，其陽極耦接至接點202而陰極耦接至端點212。端點212是耦接至P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管214的本體和源極，以及P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管216的本體。P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管214的柵極，P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管216的柵極和N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管218的柵極皆耦接至端點220。端點220耦接至電阻222的一端，該電阻222的另一端接至端點VDD。端點220亦耦接至N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容224的一端，而該N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容224的另一端接至端點VSS。該電阻222和該N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容224組成RC模塊226。
P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管214的漏極耦接至端點228，端點228又接至P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管230的漏極和N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232的柵極。該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管230的柵極耦接至端點VSS。P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管230的本體和源極接至端點VDD。端點234耦接至P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管216的漏極，N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管218的漏極和N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管236的柵極。N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管218的源極耦接至端點VSS。P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管216和N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管218形成一反向器238，用以切換N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管236的開與關(guān)。N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232的漏極接至接點202。該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232的源極耦接至N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管236的漏極。該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管236的源極耦接至端點VSS。N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232和N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管236形成靜電電荷消散模塊240。此外，接點202耦接至二極管242的陰極，該二極管242的陽極耦接至端點VSS。P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管230可以用功能相近的模塊置換，不限定于此，例如電阻或任何可提供高于端點VSS的電壓給端點228的切換模塊。事實上只要N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232的柵極不過度驅(qū)動(overdrive)，P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管230在本設(shè)計中為非必要的。在某些情況下，在電壓轉(zhuǎn)換中接點202從低電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠妷海琋型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232無法抵抗過電壓，因此造成的傷害使裝置本身的壽命大大減少。為了保護(hù)N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232的柵極，P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管230被安排用來使N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232的柵極維持在電位VDD。
此外該RC模塊226(或圖1A中的RC模塊126)亦可以被任何形成RC延遲的裝置取代，以緩慢的將端點220(或圖1A中的端點120)充電至電位VDD。在本實施例中，該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232和N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管236串聯(lián)以作為靜電電荷消散模塊以消散該靜電電荷。而該RC模塊226，反向器238和P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管214及P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管230皆可視為控制模塊，用以開啟或關(guān)閉該靜電電荷消散模塊。
在正常運(yùn)作下，因接點202并不會高于電位VDD或低于電位VSS，該二極管串210和二極管242不導(dǎo)通。在集成電路啟動后，端點220充電至電位VDD，沒有電流從電阻222流過。故P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管214的柵極，P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管216的柵極和N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管218的柵極皆為電位VDD。于是此反向器238輸出一低電壓于端點234上并間接傳至N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管236的柵極，使N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管236關(guān)閉。
因P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管230的源極和柵極耦接至端點VDD和端點VSS，故耦接至N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232的柵極和P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管214的漏極的端點228的電位為VDD。端點VDD在P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管214的柵極上使之維持關(guān)閉，而P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管214的源極又因缺乏電力而更加強(qiáng)關(guān)閉。這使得該靜電放電保護(hù)電路在集成電路正常運(yùn)作期間沒有任何動作。如果該接點202是耐高壓輸出入接點，高于電位VDD的電壓可能被強(qiáng)加其上。因P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管230下拉端點228至電位VDD，跨接點202和端點228之間的電壓(或N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232的柵極至漏極電壓)，仍為低于電位VDD。借此，端點220可在高電壓施加于接點202時受到保護(hù)。
當(dāng)一正靜電電荷于接點202發(fā)生放電，該靜電電荷可視為一提供高正電壓的電源供應(yīng)器。當(dāng)電壓升高到大于該二極管串210的正向電壓降的總和時，電流經(jīng)過該二極管204，二極管206和二極管208串聯(lián)流至P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管214的源極和本體，以及P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管216的源極和本體。端點220根據(jù)電阻222和N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容224的值，從電位VSS開始緩慢上升。如果這時存在一個為高電壓輸出入接點存在的大電容，如圖2A的虛線所示，介于接點202和端點VDD之間，則該電阻222和N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容224串聯(lián)的大RC常數(shù)延遲該端點220的電壓上升。如果接點202只是正常輸出入接點，可以是二極管，如圖2A的虛線所示，介于接點202和端點VDD之間，于是該電壓上升根據(jù)該電阻222和N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容224的RC常數(shù)而延遲，該電壓從電位VSS緩慢上升至電位VDD減去跨該二極管電壓降的值。隨著P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管230維持開啟，該端點220的低電壓開啟P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管214以將端點228拉至電位VSS，借此開啟N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232。同樣地，端點220的低電壓亦成為反向器238的輸入，造成端點234的高電壓，該端點234于是施加一高電壓于N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管236的柵極使之開啟。
此時所有晶體管皆開啟，N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232和N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管236導(dǎo)通。接點202的靜電電荷產(chǎn)生一電流經(jīng)過二極管串210，P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管214到端點228，并更進(jìn)一步流經(jīng)N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232和N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管236至端點VSS。同樣地在第一實施例中，該接點202被限制在稍高于電位VDD的電壓上，對集成電路的核心電路系統(tǒng)而言是安全值。于是靜電放電保護(hù)的功能就此達(dá)成。
圖2B是為本實用新型第二實施例，當(dāng)一正靜電放電發(fā)生于接點202上時，正向靜電放電的電流流向。圖中顯示兩個靜電放電保護(hù)電路200，其中上部電路受一正靜電電荷推動。下部電路的接點是接地。如果上部電路的接點未接地，該靜電電荷首先消散至上部電路的一端點VSS，如路徑244所示。因上部電路的端點VSS共享連結(jié)在一起，如共同連線246所示，接至下部電路的一接地端點VSS，故該靜電電荷將從上部電路的端點VSS傳導(dǎo)至下部電路的端點VSS。從路徑248經(jīng)過二極管242最后消散至地。
當(dāng)一負(fù)靜電放電發(fā)生于任一端點如接點202，該負(fù)電壓只會增加二極管242的正向電壓降。負(fù)靜電電荷以此低電壓經(jīng)由二極管242消散至地端點VSS。借此集成電路的核心電路系統(tǒng)可輕易地被保護(hù)。靜電電荷從接點202經(jīng)由二極管242至端點VSS，最后導(dǎo)至地。
圖3是為本實用新型第一和第二實施例中正向靜電放電時靜電放電保護(hù)電路中各端點的時序圖。在正靜電放電302開始時，該接點102或接點202的電壓上升，以曲線304表示。該電壓被限制在等于或稍高于電位VDD。曲線306表示端點112或端點212的電壓。該電壓是受二極管串210或二極管串210限制在一低電壓值。端點120或端點220上的電壓根據(jù)RC模塊126或RC模塊226的RC常數(shù)而緩慢上升。當(dāng)該電壓低于臨界電壓308，該反向器切換與控制N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130或N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管236。端點128或端點234的電壓曲線顯示反向器的輸出情形。對圖2A的電路而言，該端點228的電壓曲線升高以控制N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232。這些N金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管是設(shè)計來用以導(dǎo)通和消散該靜電電荷至端點VSS。該圖上的最后曲線顯示從接點102或接點202流至端點VSS的電流。該曲線顯示，電流是開始于正靜電放電302開始時，完成于N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管130或N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管236再度關(guān)閉前消散完電荷，最后回復(fù)正常運(yùn)作。
當(dāng)端點120或端點220的電壓增加至高于臨界值，該反向器發(fā)生切換，關(guān)閉靜電放電消散N金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。該靜電放電事件就此結(jié)束，而電荷皆已消散。
以上所述僅為本實用新型較佳實施例，然其并非用以限定本實用新型的范圍，任何熟悉本項技術(shù)的人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，可在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)和變化，因此本實用新型的保護(hù)范圍當(dāng)以本申請的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
附圖中符號的簡單說明如下100～靜電放電保護(hù)電路102～接點104～108～二極管110～二極管串112～端點114～P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管116～N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管118～反向器120～端點122～電阻124～N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容126～RC模塊
127～電容128～端點129～二極管130～N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管132～二極管134～路徑136～共享連線138～接點140～路徑200～靜電放電保護(hù)電路202～接點204～208～二極管210～二極管串212～端點214～P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管216～P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管218～N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管220～端點222～電阻224～N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容226～RC模塊228～端點230～P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管232～N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管234～端點236～N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管238～反向器
240～靜電電荷消散模塊242～二極管244～路徑246～共同連線248～路徑302～正靜電放電304～曲線306～曲線308～臨界電壓
權(quán)利要求1.一種靜電放電保護(hù)電路，用于一集成電路中，其特征在于所述靜電放電保護(hù)電路包含一二極管串，該二極管串的陽極耦接至一第一端點，具有一正向電壓降大于等于一第一供應(yīng)電壓，以及該二極管串的陰極是用以導(dǎo)通靜電電荷；一靜電電荷消散模塊，具有至少一N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管用以導(dǎo)通該靜電電荷從該二極管串至一第一共享端，該第一共享端耦接著一第二供應(yīng)電壓；一第一二極管，該第一二極管的陽極耦接至該第一共享端，該第一二極管的陰極耦接至該第一端點；以及一控制模塊，用以控制該靜電電荷消散模塊，當(dāng)該控制模塊使該第一端點上的電壓大于該正向電壓降時，該靜電電荷透過該第一共享端消散。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于該控制模塊更進(jìn)一步包含一反向器模塊，耦接至該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極，該反向器模塊包括一P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管和一第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，且該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極和該第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極相耦接，該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的漏極和該第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的源極相耦接；以及一電阻電容模塊，包括一電阻和一N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容，該電阻的一端和N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容的一端耦接至該P(yáng)型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管和該第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極，該電阻的另一端耦接至第一供應(yīng)電壓，該N型金屬氧化物半導(dǎo)體電容的另一端耦接至第一共享端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于更包括一第二二極管，耦接于第二端點與第一共享端之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于該靜電電荷消散模塊更進(jìn)一步包含一第一和第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管串聯(lián)，其中該第一N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的漏極耦接至該第一端點，而該第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的源極耦接至該第一共享端。
5.一種靜電放電保護(hù)電路，用于一集成電路中，其特征在于所述靜電放電保護(hù)電路包含一二極管串，該二極管串的陽極耦接至一第一端點，具有一正向電壓降大于等于一第一供應(yīng)電壓，以及該二極管串的陰極是用以導(dǎo)通靜電電荷；一靜電電荷消散模塊，具有至少一N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管用以導(dǎo)通該靜電電荷從該二極管串至一第一共享端，該第一共享端耦接著一第二供應(yīng)電壓；一第一二極管，該第一二極管的陽極耦接至該第一共享端，該第一二極管的陰極耦接至該第一端點；以及一控制模塊，用以控制該靜電電荷消散模塊，當(dāng)該控制模塊使該第一端點上的電壓大于該正向電壓降時，該靜電電荷透過該第一共享端消散，其中當(dāng)靜電放電發(fā)生時，一RC模塊在預(yù)充電階段提供一輸入電壓至該控制模塊，使該控制模塊的一輸出開啟該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管以使靜電電荷消散。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于該控制模塊進(jìn)一步包含一反向器模塊，該反相器模塊連接至該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的柵極。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于該二極管串的陰極耦接于該控制模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于該RC模塊更進(jìn)一步包含一電阻和一N型晶體管，該電阻耦接至該N型晶體管的柵極。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于更包括一第二二極管，耦接于該第二端點與該第一共享端之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的靜電放電保護(hù)電路，其特征在于該靜電電荷消散模塊更進(jìn)一步包含一第一和第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管串聯(lián)，其中該第一N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的漏極耦接至該第一端點，而該第二N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的源極耦接至該第一共享端。
專利摘要本實用新型是有關(guān)于一種靜電放電保護(hù)電路。該靜電放電保護(hù)電路，包含一二極管串，其陽極耦接至一第一端點，具有一正向電壓降大于等于一第一供應(yīng)電壓；一靜電電荷消散模塊具有至少一N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，用以導(dǎo)通該靜電電荷從該二極管串至一第一共享端，該第一共享端耦接著一第二供應(yīng)電壓；一第一二極管陽極耦接至該第一共享端，陰極耦接至該第一端點；以及一控制模塊用以控制該靜電電荷消散模塊，當(dāng)該控制模塊使該第一端點上的電壓大于該正向電壓降時，該靜電電荷透過該第一共享端消散。
文檔編號H05F3/00GK2805093SQ20052000232
公開日2006年8月9日 申請日期2005年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月5日
發(fā)明者陳重輝 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司