DE102014102714A1

DE102014102714A1 - Integrierte Schaltung mit ESD-Schutzstruktur und Photonenquelle

Info

Publication number: DE102014102714A1
Application number: DE102014102714.0A
Authority: DE
Inventors: Joost Willemen; Michael Mayerhofer; Ulrich Glaser; Yiqun Cao; Andreas Meiser; Magnus-Maria Hell; Matthias Stecher; Julien Lebon
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-09-03
Also published as: CN105047663A; CN105047663B; TWI620301B; KR20150102711A; US9953968B2; TW201535664A; US20150249078A1; KR101760171B1

Abstract

Es wird eine integrierte Schaltung (100) mit einer ESD-Schutzstruktur (110) beschrieben. Eine Ausführungsform umfasst einen Schaltungsteil (105), der mit einem ersten Anschluss (107) und mit einem zweiten Anschluss (108) verschaltet ist und bei Spannungsdifferenzen zwischen dem ersten Anschluss und zweiten Anschluss von größer als +10 V und kleiner als –10 V betreibbar ist. Die integrierte Schaltung (100) umfasst zudem eine ESD-Schutzstruktur (110) geeignet zum Schutz des Schaltungsteils (105) gegen elektrostatische Entladung zwischen dem ersten Anschluss (107) und dem zweiten Anschluss (108), wobei die ESD-Schutzstruktur (110) mit Spannungsdifferenzen zwischen dem ersten (107) und zweiten (108) Anschluss von größer als +10 V und kleiner als –10 V betreibbar ist ohne zu zünden. Die ESD-Schutzstruktur (110) ist mit einer Photonenquelle (112) derart elektrisch und optisch gekoppelt, dass von der Photonenquelle (112) bei ESD Pulsbelastung emittierte Photonen (114) in der ESD-Schutzstruktur (110) absorbierbar sind und ein Avalanchedurchbruch mittels der durch die absorbierten Photonen (114) erzeugten Elektron-Loch-Paare einleitbar ist.

Description

HINTERGRUND
Schutzstrukturen gegen elektrostatische Entladungen (Electrostatic Discharge(ESD)-Schutzstrukturen) sind in Halbleitertechnologien weit verbreitet, um Schaltungsblöcke während der Montage und des Betriebs vor elektrostatischer Entladung zu schützen. Diese ESD-Schutzstrukturen sollen schnell und zuverlässig Entladungsströme abführen können, um einer Zerstörung der zu schützenden Schaltungsblöcke durch die Entladungsströme vorzubeugen.
Die Schutzeigenschaften der ESD Schutzstrukturen werden dabei mit Bezug auf ESD-Teststandards angegeben. Neben ESD-Teststandards auf Komponenten- bzw. IC-Ebene (Integrated Circuit, Integrierter Schaltkreis) wie beispielsweise der Test nach dem Human Body Model (HBM), der etwa von der ESD Association & JEDEC Solid State Technology Association standardisiert ist, stellen insbesondere ESD-Teststandards auf Systemebene hohe Anforderungen an die ESD-Schutzstrukturen. Ein gängiger ESD-Standard auf Systemebene ist der IEC 61000-4-2. Die besonders hohen Anforderungen an ESD-Schutzstrukturen durch ESD-Standards auf Systemebene werden beispielsweise bei Vergleich der sich aus den Standards ergebenden Spitzenströmen und Anstiegszeiten bei einer Belastungsspannung von 2 kV deutlich. Während ein ESD Puls nach dem Human Body Model (HBM) bei 2 kV Belastungsspannung einen Spitzenstrom von ca. 1,3 A bei einer Anstiegszeit von ca. 2–10 ns mit sich bringt, ergibt sich bei einem ESD Puls nach dem IEC-Standard bei 2 kV Belastungsspannung ein Spitzenstrom von über 6 Ampere bei einer Anstiegszeit von typisch unter 1 ns. Folglich sind insbesondere an ESD-Schutzstrukturen in integrierten Schaltungen, die Anforderungen an ESD-Teststandards auf Systemebene genügen sollen, besondere Anforderung wie schnelle Reaktionszeit und hohe Robustheit gestellt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Schaltung mit einer ESD-Vorrichtung anzugeben, die obigen Anforderungen genügt.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Patentansprüche. Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben. Die Figuren sind nicht maßstabsgerecht. Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, sofern sie einander nicht ausschließen. Ähnliche oder übereinstimmende Bezugskennzeichen können zur Bezeichnung ähnlicher oder übereinstimmender Teile verwendet werden.
1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung, in der ein Schaltungsteil durch eine ESD-Schutzstruktur und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
2A zeigt eine Ausführungsform der in 1 dargestellten ESD-Schutzstruktur mit zwei antiseriell verschalteten ESD-Schutzdioden.
2B zeigt eine Ausführungsform der in 1 dargestellten ESD-Schutzstruktur mit einer ESD-Schutzdiode an einem Anschluss mit geringem Leckstrom und geringer Kapazität.
3A zeigt eine Ausführungsform der in 1 dargestellten Photonenquelle, wobei Photonen aus der Photonenquelle durch Ladungsträgerrekombination eines in Flussrichtung betriebenen pn-Übergangs in Silizium emittierbar sind.
3B zeigt eine weitere Ausführungsform der in 1 dargestellten Photonenquelle, wobei Photonen aus der Photonenquelle durch Ladungsträgerbeschleunigung eines im elektrischen Durchbruch betriebenen pn-Übergangs in Silizium emittierbar sind.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleiterkörpers, in dem die ESD-Schutzstruktur und die Photonenquelle ausgebildet sind und einen lateralen Abstand von weniger als 50 µm aufweisen.
5 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils eines Single-ended Transceivers in Form eines LIN(Local Interconnect Network)-Transceivers gemäß einer Ausführungsform, in dem ein Schaltungsteil durch eine ESD-Schutzstruktur und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
6 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils eines differenziellen Transceivers in Form eines CAN(Controller Area Network)-Transceivers gemäß einer Ausführungsform, in dem ein Schaltungsteil durch eine ESD-Schutzstruktur und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
7 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils eines differenziellen Transceivers in Form eines FlexRay-Transceivers gemäß einer Ausführungsform, in dem ein Schaltungsteil durch eine ESD-Schutzstruktur und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
8 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung mit einem Hochspannungseingangspin bzw. einem überspannungstoleranten Eingangspin gemäß einer Ausführungsform, in der ein Schaltungsteil durch eine ESD-Schutzstruktur und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
9 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung mit einem Hochspannungsausgangspin bzw. einem überspannungstoleranten Ausgangspin gemäß einer Ausführungsform, in der ein Schaltungsteil durch eine ESD-Schutzstruktur und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
10 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung mit einem Hochspannungsausgangspin bzw. einem überspannungstoleranten Ausgangspin gemäß einer weiteren Ausführungsform, in der ein Schaltungsteil durch eine ESD-Schutzstruktur und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
11 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung mit einem Hochspannungsausgangspin bzw. einem überspannungstoleranten Ausgangspin gemäß einer anderen Ausführungsform, in der ein Schaltungsteil durch eine ESD-Schutzstruktur und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
12 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung mit einem Interface nach PSI5 (Peripheral Sensor Interface 5) und/oder DSI (Distributed System Interface) gemäß einer anderen Ausführungsform, in der ein Schaltungsteil durch eine ESD-Schutzstruktur und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
13 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung mit einem Sensor-Interface, in der ein Schaltungsteil durch eine ESD-Schutzstruktur und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
14 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung mit einem Hochspannungseingangspin-Monitorinterface, in der ein Schaltungsteil durch eine ESD-Schutzstruktur und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
15 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung mit einem Low-Side Schalter-Aktuatorinterface, in der ein Schaltungsteil durch eine ESD-Schutzstruktur und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
16 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung mit einem High-Side Schalter-Aktuatorinterface, in der ein Schaltungsteil durch eine ESD-Schutzstruktur und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
17 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung mit einem Halb- oder Vollbrücken-Aktuatorinterface, in der ein Schaltungsteil durch eine ESD-Schutzstruktur und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
DETAILBESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele herangezogen und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um zu noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen einschließt. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
Die Begriffe "haben", "enthalten", "umfassen", "aufweisen" und dergleichen sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch zusätzlich Elemente oder Merkmale nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls der Zusammenhang nicht klar etwas anderes anzeigt.
Der Begriff "elektrisch verbunden" beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter.
1 zeigt ein schematisches Schaltungsbild eines Teils einer integrierten Schaltung 100 gemäß einer Ausführungsform. Die integrierte Schaltung 100 weist einen Schaltungsteil 105 auf, der mit einem ersten Anschluss 107 und mit einem zweiten Anschluss 108 verschaltet ist.
Ausführungsformen der integrierten Schaltung umfassen Transceiver wie beispielsweise LIN, CAN, FlexRay, Sensor-Interfaces wie beispielsweise Hall-Sensor-Interfaces, Buckle-Switch-Interfaces, Batteriesensor-Interfaces, aktive Peripheriesensor-Interfaces, Distributed System Interfaces (z.B. DSI, DSI3), Peripheral Sensor Interfaces (z.B. PSI5), HV(High Voltage)-Spannungs-Sensorpins, Monitor-Pins, Positions-Sensoren oder auch Schalter-Rückmelder, Aktuator-Interfaces wie beispielsweise HS (High Side) Schalter, LS (Low Side) Schalter, Halb-Brücken, Vollbrücken, Spannungs- und Schalter Monitor Pins, sowie Überspannungstolerante bzw. HV Eingänge und Ausgänge.
Die integrierte Schaltung 100 weist zudem eine ESD-Schutzstruktur 110 auf, die geeignet ist zum Schutz des Schaltungsteils 105 vor elektrostatischer Entladung zwischen dem ersten Anschluss 107 und dem zweiten Anschluss 108. Die elektrostatische Entladung kann hierbei auf Komponentenebene, z.B. im Rahmen der Front-End und Back-End-Fertigung der ICs, als auch auf Systemebene, z.B. im Rahmen der Montage oder des Betriebs bestückter Platinen, Module, Geräte erfolgen.
Die ESD-Schutzstruktur 110 ist mit einer Photonenquelle 112 derart elektrisch und optisch gekoppelt, dass von der Photonenquelle 112 bei ESD-Belastung emittierte Photonen 114 in der ESD-Schutzstruktur 110 absorbierbar sind und ein Avalanchedurchbruch bzw. Lawinen-Durchbruch in der ESD-Schutzstruktur 110 mittels der durch die absorbierten Photonen 114 erzeugten Elektron-Loch-Paare einleitbar ist. Somit eignen sich die von der Photonenquelle 112 emittierten Photonen 114 dazu, in der ESD-Schutzstruktur 110 absorbiert zu werden und die hierbei erzeugten Elektron-Loch-Paare leiten den Zündvorgang innerhalb der ESD-Schutzstruktur 110, d.h. die Ableitung des elektrostatischen Entladungsstroms ein. Der Zündvorgang beginnt mit Einsatz des Avalanchedurchbruchs in der ESD-Schutzstruktur 110. Das Zünden ist dabei als Übergang zwischen einem sperrenden Zustand der ESD-Schutzstruktur 110, z.B. bei Spannungen unterhalb der Durchbruchsspannung der ESD-Schutzstruktur 110, sowie einem ESD-Entladungsstrom abführenden und damit leitenden bzw. eingeschalteten Zustand der ESD-Schutzstruktur 110, z.B. bei Spannungen größer oder gleich der Durchbruchspannung der ESD-Schutzstruktur 110, definiert.
Die Photonenquelle 112 ist dabei in geeigneter Weise mit der ESD-Schutzstruktur elektrisch gekoppelt. Gemäß einer Ausführungsform sind wenigstens ein Anschluss der ESD-Schutzstruktur 110 und ein Anschluss der Photonenquelle 112 elektrisch kurzgeschlossen, z.B. über eine oder mehrere Verbindungen aus metallischen Materialien und/oder hochdotierten Halbleitermaterialien wie hochdotiertes Polysilizium. Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Anschluss 107 sowohl mit der ESD-Schutzstruktur 110 als auch mit der Photonenquelle 112 kurzgeschlossen und ebenso ist der zweite Anschluss 108 sowohl mit der ESD-Schutzstruktur 110 als auch mit der Photonenquelle 112 kurzgeschlossen. Gemäß weiteren Ausführungsformen sind weitere Schaltungselemente zwischen der ESD-Schutzstruktur 110 bzw. der Photonenquelle 112 und dem ersten Anschluss 107 verschaltet, vergleiche etwa Schaltungselemente in optionalen Schaltungsteilen 1150 bzw. 1151 zwischen dem ersten Anschluss 107 und der Photonenquelle 112 bzw. der ESD-Schutzstruktur 110 in 1 oder auch Schaltungselemente in optionalen Schaltungsteilen 1152 bzw. 1153 zwischen dem zweiten Anschluss 108 und der Photonenquelle 112 bzw. der ESD-Schutzstruktur 110 in 1.
Beispielsweise kann der Schaltungsteil 1150...1153 einen Widerstand, einen JFET (Junction Field Effect Transistor) oder einen Verarmungsmodus-FET (Feldeffekttransistor, Field Effect Transistor) aufweisen, um ein stromlimitierendes Element für die Photonenquelle 112 bereitzustellen. Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der optionale Schaltungsteil 1150...1153 ein differenzierendes Netzwerk aus einem Kondensator sowie einem hierzu in Serie geschalteten optionalen Widerstand, um einen nennenswerten Stromfluss durch die Photonenquelle 112 nur im Falle steiler transienter Spannungsflanken zu ermöglichen. Somit lässt sich beispielsweise ein Gleichstromfluss durch die Photonenquelle 112 unterdrücken und es treten transiente Strompeaks während Spannungstransienten auf. Fehlen die in 1 optional dargestellten Schaltungsteile 1150...1153, so sind die entsprechenden Anschlüsse der ESD-Schutzstruktur 110 bzw. der Photonenquelle 112 mit den zugehörigen Anschlüssen, d.h. dem ersten Anschluss 107 bzw. dem zweiten Anschluss 108, elektrisch kurzgeschlossen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Photonenquelle 112 mit dem Schaltungsteil 105 verschaltet, z.B. an eine ESD-Sekundärschutzstruktur innerhalb des Schaltungsteils 105 angeschlossen (in 1 sind verschiedene Anschlussmöglichkeiten der Photonenquelle 112 gestrichelt dargestellt).
Gemäß einer Ausführungsform ist der Schaltungsteil 105 bei Spannungsdifferenzen zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss von größer als +10V und/oder kleiner als –10V betreibbar. Gemäß dieser Ausführungsform ist auch die ESD-Schutzstruktur 110 mit Spannungsdifferenzen zwischen dem ersten Anschluss 107 und dem zweiten Anschluss 108 von größer als +10V und/oder kleiner als –10V betreibbar ohne zu zünden. Das Zünden ist dabei als Übergang zwischen einem sperrenden Zustand der ESD-Schutzstruktur 110, z.B. bei Spannungen unterhalb der Durchbruchsspannung der ESD-Schutzstruktur 110, sowie einem ESD-Entladungsstrom abführenden und damit leitenden bzw. eingeschalteten Zustand der ESD-Schutzstruktur 110, z.B. bei Spannungen größer oder gleich der Durchbruchspannung der ESD-Schutzstruktur 110, definiert. Beispielsweise kann das Zünden der ESD-Schutzstruktur 110 durch einen elektrischen Durchbruch innerhalb der ESD-Schutzstruktur 110 eingeleitet werden. Der Durchbruchsstrom kann dabei im Falle einer einfachen pn-Diode immer weiter ansteigen und die im Rahmen von elektrostatischen Entladungen kurzzeitig, z.B. im Pikosekundenbereich, Nanosekundenbereich oder auch Mikrosekundenbereich fließenden Ströme im Ampere-Bereich abführen oder auch seinerseits einen in der ESD-Schutzstruktur ausgebildeten parasitären Bipolartransistor zünden, z.B. durch Ansteuern eines Basis/Emitter-Übergangs beispielsweise mittels eines durch den Durchbruchsstrom über einem Bahnwiderstand hervorgerufenen Spannungsabfall. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist der Schaltungsteil 105 bei Spannungsdifferenzen zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss von größer als +20V oder auch +30V und/oder kleiner als –20V oder auch –30V betreibbar.
Eine Ausführungsform der ESD-Schutzstruktur 110, welche geeignet ist mit Spannungsdifferenzen zwischen dem ersten Anschluss 107 und dem zweiten Anschluss 108 von größer als +10V und kleiner als –10V betrieben zu werden, ist in dem schematischen Schaltungsbild der 2A dargestellt. Die ESD-Schutzstruktur 110 weist zwei antiseriell verschaltete ESD-Schutzdioden 1101, 1102 auf. Die ESD-Schutzdioden 1101, 1102 sind hierbei mit ihren Kathoden oder ihren Anoden an einem Anschlusspunkt 117 elektrisch verbunden. Gemäß einer Ausführungsform ist der Anschlusspunkt 117 mit der Photonenquelle 112 elektrisch verbunden (vgl. eine der gestrichelten Linien als Option des elektrischen Anschlusses der Photonenquelle 112). Die Durchbruchsspannungen der ESD-Schutzdioden 1101, 1102 können hierbei übereinstimmen oder auch voneinander abweichen, je nachdem welche maximalen Spannungen an dem jeweiligen Anschluss spezifiziert sind. Die maximal spezifizierten Spannungen finden sich beispielsweise als sog. "Absolute maximale Spannungsgrenzwerte" bzw. "Absolute Grenzdaten" (engl. "Absolute Maximum Ratings") in den Datenblättern der ICs.
Die wie oben beschriebene elektrische und optische Kopplung zwischen der ESD-Schutzstruktur 110 und der Photonenquelle 112 bietet in der oben beschriebenen Schaltungsumgebung mit Spannungsdifferenzen zwischen dem ersten Anschluss 107 und dem zweiten Anschluss 108 von größer als +10V und kleiner als –10V und entsprechend antiseriell gestalteten ESD-Schutzstrukturen 110 besondere technische Vorteile, da in der genannten Schaltungsumgebung ohne die beschriebene elektrische und optische Kopplung zwischen der ESD-Schutzstruktur 110 und der Photonenquelle 112 eine Verzögerung im Zündverhalten der ESD-Schutzstruktur 110 aufgrund einer Verzögerung des Avalanche-Durchbruchs in der ESD Schutzstruktur auftreten kann. Dieser Effekt führt beispielsweise zu erheblichen Spannungsüberschwingern in den ESD-Schutzstrukturen, die bis zu hunderte Nanosekunden nach Anlegen eines ESD Pulses anhalten können. Derartige Spannungsüberschwinger stellen eine erhebliche Gefahr für den zu schützenden Spannungsteil dar. Das verzögerte Zündverhalten im Falle antiseriell gestalteter ESD-Schutzstrukturen rührt beispielsweise von einer Rückwärtsvorspannung (reverse pre-bias) her, die im Falle antiseriell gestalteter ESD-Schutzstrukturen durch Laden von Knoten hoher Impedanz wie etwa dem in 2A gezeigten Anschlusspunkt 117 bedingt sein kann. Derartige Knoten können sich beispielsweise während eines ESD Tests bzw. im operativen Betrieb des ICs aufladen und bis zu einem nachfolgenden ESD Test bzw. einer nachfolgenden elektrostatischen Entladung im Betrieb des ICs im geladenen Zustand verbleiben, so dass die ESD Schutzstruktur bei dem nachfolgenden ESD Test bzw. der nachfolgenden elektrostatischen Entladung im Betrieb des ICs effektiv vorgespannt ist. Bei einer Vorspannung handelt es sich um eine über eine Pinkombination oder über einer ESD-Schutzstruktur anliegende Spannung, die zum Anfangszeitpunkt einer ESD Entladung über der Pinkombination oder der ESD-Schutzstruktur anliegt und sich beispielsweise im Bereich von 10 V bis zur Durchbruchsspannung der ESD Struktur befinden kann.
Die optische und elektrische Kopplung zwischen der ESD-Schutzstruktur 110 und der Photonenquelle 112 verhindert eine Verzögerung des Avalanchedurchbruchs in der ESD Schutzstruktur 110 dadurch, dass bei Erreichen der Durchbruchsspannung der ESD-Schutzstruktur 110 von der Photonenquelle 112 emittierte Photonen 114 zu Verfügung stehen, deren Absorption Elektron-Loch-Paare mit sich bringen, welche dann den Avalanchedurchbruch z.B. mit einer Verzögerung von höchstens 1 ns einleiten.
Eine weitere Ausführungsform der ESD-Schutzstruktur 110, die mit einem Anschluss mit geringem Leckstrom und geringer Kapazität verschaltet ist, ist in dem schematischen Schaltungsbild der 2B dargestellt. Der Schaltungsteil 105, der mit einem ersten Anschluss 107 und mit dem zweiten Anschluss 108 verschaltet ist, ist bei einer positiven Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Anschluss 107 und zweiten Anschluss 108 oberhalb von +10V betreibbar. Auch ist die als ESD-Schutzdiode ausgebildete ESD-Schutzstruktur 110 geeignet zum Schutz des Schaltungsteils 105 gegen elektrostatische Entladung zwischen dem ersten Anschluss 107 und dem zweiten Anschluss 108, wobei die ESD-Schutzstruktur 110 mit einer positiven Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Anschluss 107 und zweiten Anschluss 108 oberhalb von +10V betreibbar ist ohne zu zünden. In dieser Ausführungsform beträgt eine Leckstromaufnahme I_L zwischen dem ersten Anschluss 107 und dem zweiten Anschluss 108 bei einer spezifizierten positiven maximalen Spannung weniger als 100 nA und eine Eingangskapazität zwischen dem ersten Anschluss 107 und dem zweiten Anschluss 108 beträgt weniger als 50 pF. Gemäß anderen Ausführungsformen beträgt die Leckstromaufnahme zwischen dem ersten Anschluss 107 und dem zweiten Anschluss 108 bei einer spezifizierten positiven maximalen Spannung bei weniger als 20 nA und eine Eingangskapazität C_E zwischen dem ersten Anschluss 107 und dem zweiten Anschluss 108 beträgt weniger als 20 pF.
Wie im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach 2B beschrieben ist bietet die wie oben beschriebene elektrische und optische Kopplung zwischen der ESD-Schutzstruktur 110 und der Photonenquelle 112 in der im Zusammenhang mit der 2B beschriebenen Schaltungsumgebung mit geringer Leckstromaufnahme und geringer Eingangskapazität besondere technische Vorteile, da in der beschriebenen Schaltungsumgebung ohne die elektrische und optische Kopplung zwischen der ESD-Schutzstruktur 110 und der Photonenquelle 112 eine Verzögerung im Zündverhalten der ESD-Schutzstruktur 110 aufgrund einer Verzögerung des Avalanchedurchbruchs in der ESD-Schutzstruktur 110 bedingt durch eine Vorspannung der ESD-Schutzstruktur auftreten kann. Die Vorspannung in der Schaltungsumgebung der 2B mit geringer Leckstromaufnahme und geringer Eingangskapazität ist beispielsweise bedingt durch das Pre-Puls Spannungsphänomen von ESD Testequipment für HBM-Tests. Beim Vorgang des Schließens des Entladeschalters im ESD Tester fließt bereits ein Verschiebestrom. In Abhängigkeit von Leckstrom und Eingangskapazität kann dieser Verschiebestrom zu signifikanten Vorspannungen von mehreren Volt führen.
Entsprechend zur in 2A gezeigten Ausführungsform verhindert die optische und elektrische Kopplung zwischen der ESD-Schutzstruktur 110 und der Photonenquelle 112 in der in 2B gezeigten Ausführungsform eine Verzögerung des Avalanchedurchbruchs in der ESD Schutzstruktur 110 dadurch, dass bei, z.B. in einem Zeitfenster ab bis zu 10 ns nach Erreichen der Durchbruchsspannung der ESD-Schutzstruktur 110 von der Photonenquelle 112 emittierte Photonen 114 zu Verfügung stehen, deren Absorption Elektron-Loch-Paare mit sich bringen, welche dann den Avalanchedurchbruch einleiten. Gemäß einer Ausführungsform ist ein spezifizierter negativer absolut maximaler Spannungsgrenzwert zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss zwischen –0.3 und –1V.
Die 3A zeigt eine Ausführungsform der in 1 dargestellten Photonenquelle 112, wobei Photonen 114 aus der Photonenquelle 112 durch Ladungsträgerrekombination eines in Flussrichtung betriebenen pn-Übergangs emittierbar sind. Die Anschlüsse sind beispielhaft mit V+ und GND für Masse bezeichnet, können jedoch in anderen Schaltungsumgebungen im Rahmen der in den 2A und 2B angegebenen Spannungsanforderungen hiervon abweichen und beispielsweise Eingangsanschlüsse, Ausgangsanschlüsse, Versorgungsanschlüsse umfassen. Im Falle eines in Vorwärtsrichtung betriebenen pn-Übergangs in Silizium weist ein Lumineszenzspektrum etwa einen schmalen Peak um 1160 nm Wellenlänge mit einer Halbwertsbreite (FWHM, full width at half maximum) zwischen 70 nm bis 120nm. Somit ist eine Spitzenenergie der emittierten Photonen (hν = 1,07 eV) geringfügig unterhalb der Bandlückenenergie von Silizium (E_g = 1,12 eV).
3B zeigt eine weitere Ausführungsform der in 1 dargestellten Photonenquelle, wobei Photonen aus der Photonenquelle durch Ladungsträgerbeschleunigung eines im elektrischen Durchbruch betriebenen pn-Übergangs in Silizium emittierbar sind. Wiederum sind die Anschlüsse beispielhaft mit V+ und GND für Masse bezeichnet, können jedoch in anderen Schaltungsumgebungen im Rahmen der in den 2A und 2B angegebenen Spannungsanforderungen hiervon abweichen und beispielsweise Eingangsanschlüsse, Ausgangsanschlüsse, Versorgungsanschlüsse umfassen. Für einen im elektrischen Durchbruch betriebenen pn-Übergang wurden breitere Lumineszenzspektren berichtet als für in Flussrichtung gepolte pn-übergänge in Silizium. Die veröffentlichten Spitzenwellenlängen variieren stark zwischen Werten von 500 nm bis 1200 nm (Infrarotlicht).
Die elektrische Kopplung zwischen der ESD-Schutzstruktur 110 und der Photonenquelle 112 ist so gestaltet, dass von der Photonenquelle 112 emittierte Photonen bei ESD Belastung zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 107, 108 in der ESD-Schutzstruktur absorbierbar sind und ein Avalanchedurchbruch mittels der durch die absorbierten Photonen erzeugten Elektron-Loch-Paare einleitbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform liegt eine erste Spannung V₁ zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss, ab der durch die Photonenquelle 112 ein Strom von mindestens 100 µA fließt, zwischen 60% und 120% einer zweiten Spannung V₂, und die zweite Spannung entspricht einer Avalanchedurchbruchspannung der ESD-Schutzstruktur 110.
Gemäß einer anderen Ausführungsform liegt eine erste Spannung V₁ zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss, ab der durch die Photonenquelle 112 ein Strom von mindestens 1mA fließt, zwischen 60% und 120% einer zweiten Spannung V₂, und die zweite Spannung entspricht einer Avalanchedurchbruchspannung der ESD-Schutzstruktur 110.
Zwischen den in 3A und 3B beispielhaft gezeigten Anschlüssen V+ und GND sowie der jeweiligen Photonenquelle 112 können weitere Elemente wie etwa die Elemente 1160, 1161, 1162, 1163 verschaltet sein zur Optimierung der elektrischen Kopplung zwischen der ESD-Schutzstruktur 110 und der Photonenquelle 112. Bei den Elementen 1162 kann es sich etwa um in Sperr- oder Flussrichtung verschaltete Dioden wie etwa Zenerdioden oder in Bauelementen wie MOS (Metall-Oxide-Halbleiter, metal oxide semiconductor) Transistoren inhärent vorhandene Dioden wie die Body/Drain-Diode handeln, die entweder ihrerseits als weitere Photonenemitter und/oder zur Einstellung der Spannung V₂ dienen.
Bei der Photonenquelle 112 handelt es sich allgemein um eine Vorrichtung, die solche Strahlung emittiert, welche durch Photonenabsorption in der ESD-Schutzstruktur 110 Elektron-Loch-Paare generiert. Die innerhalb der ESD-Schutzstruktur 110 generierten Elektron-Loch-Paare können einen Avalanchedurchbruch innerhalb dieser Vorrichtung einleiten sobald die Spannung über die ESD-Schutzstruktur die Durchbruchspannung erreicht. Beispielsweise kann die Photonenquelle 112 eine in Flussrichtung betriebene Diode sein, eine in Sperrrichtung betriebene Diode, z.B. eine Zenerdiode, eine MOS-Vorrichtung betrieben im Sättigungsbereich, eine MOS-Vorrichtung, in der Ladungsträger bei hohem elektrischen Feld in einem Drainerweiterungsgebiet beschleunigt werden, ein modifizierter pn-Übergang aus Silizium mit verbesserten optischen Emissionseigenschaften wie ein Lithium-dotierter pn-Übergang, ein Übergang aus porösem Silizium oder ein amorpher Si-SiN-Übergang. Die Photonenquelle 112 kann mit einer Zündschaltung seriell verschaltet sein, wobei die Zündschaltung ein passives, z.B. differenzierendes, RC-Netzwerk oder eine aktive elektronische Komponenten umfassende Schaltung sein kann.
Beispielsweise kann die ESD-Schutzstruktur 110 eine Diode wie etwa eine Zenerdiode oder eine parasitäre Diode eines Bipolartransistors, eine parasitäre Diode eines Feldeffekttransistors (FETs) wie eines MOSFETs, z.B. eine Body-Drain-Diode oder ein Thyristor wie ein SCR (Silicon Controlled Rectifier) sein.
In der 4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Halbleiterkörpers 130 gezeigt, in dem die ESD-Schutzstruktur 110 und die Photonenquelle 112 ausgebildet sind und einen lateralen Abstand d von weniger als 50µm aufweisen. Der Halbleiterkörper 130 ist beispielsweise aus Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Germanium (Ge), Silizium-Germanium (SiGe), Galliumnitrid (GaN) oder Galliumarsenid (GaAs) gebildet. Bei einem Abstand d von weniger als 50 µm wird insbesondere in Silizium eine hinreichende optische Kopplung zwischen der ESD-Schutzstruktur 110 und der Photonenquelle 112 sichergestellt. Die ESD-Schutzstruktur 110 und die Photonenquelle 112 sind gemäß einer Ausführungsform in einem gemeinsamen Bauelementgebiet, z.B. einer gemeinsamen aktiven Fläche oder einer gemeinsamen Wanne ausgebildet und teilen sich beispielsweise ein oder mehrere Halbleiterzonen wie etwa Halbleiterwannen und/oder auch elektrische Anschlüsse. Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der laterale Abstand d zwischen der ESD-Schutzstruktur 110 und der Photonenquelle 112 weniger als 200µm, beispielsweise bei Verwendung einer Photonenquelle 112 mit einem Lumineszenzspektrum, welches einen signifikanten Anteil um 1160nm Wellenlänge aufweist, z.B. eine Spitze der Energieverteilung der erzeugten Photonen im Bereich von 80% bis 120% der Bandlückenenergie von Silizium. Gemäß einer weiteren Ausführungsform grenzen die ESD-Schutzstruktur 110 und die Photonenquelle 112 direkt aneinander, d.h. d beträgt 0 µm. In diesem Fall sind die ESD-Schutzstruktur 110 und die Photonenquelle 112 beispielsweise lediglich durch eine Bauelementisolation voneinander getrennt. Bauelementisolationen umfassen beispielsweise pn-Übergangs-Isolationen, dielektrische Isolationen wie Tiefgrabenisolationen (deep trench isolation, DTI) oder auch Flachgrabenisolationen (shallow trench isolation, STI).
Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Photonen 114 der Photonenquelle 112 auch mittels Lichtleitervorrichtungen 133 von der Photonenquelle bis zu einer geeigneten Stelle an die ESD-Schutzstruktur 110 geführt werden, um die erforderliche optische Kopplung zu erzielen. In diesem Fall sind die oben genannten Abstandsbeschränkungen nicht von Bedeutung. Des Weiteren kann die Photonenquelle auch außerhalb des Halbleiterkörpers 130 ausgebildet sein (vgl. Photonenquelle 112‘ in 4), z.B. oberhalb des Halbleiterkörpers 130 in einem Metallisierungs- und Verdrahtungsbereich oder auch unterhalb des Halbleiterkörpers 130. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Photonenquelle in einem vom Halbleiterkörper 130 verschiedenen Halbleiterkörper ausgebildet.
Die beschriebenen Ausführungsformen bringen beispielsweise im Falle einfacher ESD-Dioden mit stromtragendem pn-Übergang durch die Unterdrückung der Avalancheverzögerung eine Reihe von Vorteilen mit sich. So erzeugen die beschriebenen optisch und elektrisch gekoppelten ESD-Schutzstrukturen und Photonenquellen keinen zusätzlichen Leckstrom, da die Photonenquelle erst bei ESD relevanten Spannungen nennenswert Strom aufnimmt, um Photonen zu erzeugen. Ebenso lässt sich ein ESD-Schutz ohne Snap-back Verhalten, d.h. ohne Rücksprünge in der beispielsweise mit einer TLP (Transmission Line Pulse) Messung messbaren Strom-/Spannungskennlinie realisieren. Auch kann ein geringerer Flächenaufwand erzielt werden als mit aktiv angesteuerten ESD-Strukturen (z.B. aktiv angesteuerte aktive Bauelemente wie Bipolar- oder MOS-Bauelemente) mit System-Level-Testanforderungen. Die ESD-Dioden haben zudem wenig bis vernachlässigbaren Einfluss auf EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) Anforderungen. Im Falle von Schaltungskonzepten wie in 2B gezeigt können auch weiterhin ESD-Tester verwendet werden, welche nicht über eine Vorrichtung zur Vermeidung von Pre-Puls Spannungen verfügen.
5 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils eines Single-ended Transceivers in Form eines LIN-Transceivers 1001 gemäß einer Ausführungsform, in dem ein Schaltungsteil 105 zwischen einem Busein-/ausgangsanschluss LIN als erstem Anschluss 107 und Masse (GND) als zweitem Anschluss 108 durch zwei antiseriell verschaltete ESD-Schutzdioden als ESD-Schutzstruktur 110 und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle 112 vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
6 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils eines differenziellen Transceivers in Form eines CAN(Controller Area Network)-Transceivers 1002 gemäß einer Ausführungsform, in dem ein Schaltungsteil 105 zwischen einem Busein-/ausgangsanschluss CANL als erstem Anschluss 107 und Masse (GND) als zweitem Anschluss 108 durch zwei antiseriell verschaltete ESD-Schutzdioden 1101, 1102 als ESD-Schutzstruktur 110 und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle 112 vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird. Eine entsprechende Schutzwirkung erzielt man ebenso zwischen dem Busein-/ausgangsanschluss CANH und Masse (GND). In 6 ist eine vorteilhafte Kombination der antiseriellen ESD-Schutzdioden an CANH und CANL gezeigt. Dadurch sind nur eine Photonenquelle und eine ESD-Schutzdiode 1102 für beide Busanschlüsse notwendig. In einer weiteren Ausführungsform können an CANH und CANL eigene antiseriell verschalteten ESD-Schutzdioden und Photonenquellen vorgesehen sein.
7 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils eines differenziellen Transceivers in Form eines FlexRay-Transceivers 1003 gemäß einer Ausführungsform, in dem ein Schaltungsteil 105 zwischen einem Busein-/ausgangsanschluss BM als erstem Anschluss 107 und Masse (GND) als zweitem Anschluss 108 durch zwei antiseriell verschaltete ESD-Schutzdioden 1101, 1102 als ESD-Schutzstruktur 110 und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle 112 vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird. Eine entsprechende Schutzwirkung erzielt man ebenso zwischen dem Busein-/ausgangsanschluss BP und Masse (GND). In 7 ist eine vorteilhafte Kombination der antiseriellen ESD-Schutzdioden an BM und BP gezeigt. Dadurch sind nur eine Photonenquelle und eine ESD-Schutzdiode 1102 für beide Busanschlüsse notwendig. In einer weiteren Ausführungsform können an BM und BP unabhängige antiseriell verschalteten ESD-Schutzdioden und Photonenquellen vorgesehen sein.
8 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung 1004 mit einem Hochspannungseingangspin IN bzw. einem überspannungstoleranten Eingangspin IN gemäß einer Ausführungsform, in der ein Schaltungsteil 105 mit einer HV-NMOS Kaskode und optionalem Sekundärschutz, optionaler Pull-down Stufe und Input Buffer durch eine ESD-Schutzdiode als ESD-Schutzstruktur 110 und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle 112 vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
9 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung 1005 mit einem Hochspannungsausgangspin OUT bzw. einem überspannungstoleranten Ausgangspin OUT gemäß einer Ausführungsform, in der ein Schaltungsteil 105 mit einem Ausgangstreiber umfassend einen PMOS Transistor 1050, eine Diode 1051 und einen NMOS Transistor 1052 durch eine ESD-Schutzdiode als ESD-Schutzstruktur 110 und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle 112 vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
10 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung 1006 mit einem Hochspannungsausgangspin OUT bzw. einem überspannungstoleranten Ausgangspin OUT gemäß einer weiteren Ausführungsform, in der ein Schaltungsteil 105 umfassend einen PMOS Transistor 1060, eine Diode 1061 und NMOS Transistoren 1062, 1063 durch eine ESD-Schutzdiode als ESD-Schutzstruktur 110 und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle 112 vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
11 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung 1007 mit einem Hochspannungsausgangspin OUT bzw. einem überspannungstoleranten Ausgangspin OUT gemäß einer anderen Ausführungsform, in der ein Schaltungsteil 105 umfassend einen Ausgangstreiber 1070 und ein Pass-Gate (z.B. realisiert durch den NMOS Transistor 1071) durch eine als ESD-Schutzdiode ausgebildete ESD-Schutzstruktur 110 und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle 112 vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
12 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung 1008 mit einem Interface nach PSI5 (Peripheral Sensor Interface 5) oder DSI (Distributed System Interface) gemäß einer Ausführungsform, in der ein Schaltungsteil 105 durch eine ESD-Schutzstruktur 110 und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle 112 vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird.
13 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung 1009 mit einem Sensor-Interface, in der ein Schaltungsteil 105 durch zwei antiseriell verschaltete ESD-Schutzdioden 1101, 1102 als ESD-Schutzstruktur 110 und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle 112 vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird. Das Sensor-Interface ist beispielsweise ein Hall-Sensor-Interface, oder ein Position-Sensor-Interface, oder ein Schaltermonitor-Interface (vgl. auch die gestrichelt eingekreisten und mit 1090 gekennzeichneten Varianten).
14 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung 1010 mit einem Hochspannungseingangspin-Monitorinterface, in der ein Schaltungsteil 105 durch eine als ESD-Schutziode ausgebildete ESD-Schutzstruktur 110 und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle 112 vor elektrostatischen Entladungspulsen zwischen einem Hochspannungseingangspin IN als erstem Anschluss 107 und Masse (GND) als zweitem Anschluss 108 geschützt wird.
15 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung 1011 mit einem Low-Side Schalter-Aktuatorinterface, in der ein Schaltungsteil 105 durch eine als ESD-Schutziode ausgebildete ESD-Schutzstruktur 110 und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle 112 vor elektrostatischen Entladungspulsen zwischen einem Ausgangspin HV_LS_OUT als erstem Anschluss 107 und Masse (GND) als zweitem Anschluss 108 geschützt wird. Beispielhafte Verbraucher sind mit der gestrichelten Umrandung 1110 kenntlich gemacht.
16 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung 1012 mit einem High-Side Schalter-Aktuatorinterface, in der ein Schaltungsteil 105 durch zwei antiseriell verschaltete ESD-Schutzdioden 1101, 1102 als ESD-Schutzstruktur 110 und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle 112 vor elektrostatischen Entladungspulsen zwischen einem Ausgangspin OUT als erstem Anschluss 107 und Masse (GND) als zweitem Anschluss 108 geschützt wird. Beispielhafte Verbraucher sind mit der gestrichelten Umrandung 1120 kenntlich gemacht.
17 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Teils einer integrierten Schaltung 1013 mit einem Halb- oder Vollbrücken-Aktuatorinterface, in der ein Schaltungsteil 105 durch eine als ESD-Schutzdiode ausgebildete ESD-Schutzstruktur 110 und eine hierzu elektrisch und optisch gekoppelte Photonenquelle 112 vor elektrostatischen Entladungspulsen zwischen einem Ausgangspin O1 als erstem Anschluss 107 und Masse (GND) als zweitem Anschluss 108 vor elektrostatischen Entladungspulsen geschützt wird. Eine entsprechende Schutzfunktion wird im gegenüberliegenden Brückenteil beim Ausgangspin O2 durch Übertragung des ESD Schutzkonzeptes erzielt.
Obwohl spezifische Ausführungsformen hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von Alternativen und/oder äquivalenten Ausführungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele vorgenommen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll alle Anpassungen oder Abwandlungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist es beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt sein soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEC 61000-4-2 [0002]

Claims

Eine integrierte Schaltung (100), die aufweist: einen Schaltungsteil (105), der mit einem ersten Anschluss (107) und mit einem zweiten Anschluss (108) verschaltet ist und bei Spannungsdifferenzen zwischen dem ersten Anschluss (107) und dem zweiten Anschluss (108) von größer als +10 V und kleiner als –10 V betreibbar ist; eine ESD-Schutzstruktur (110) geeignet zum Schutz des Schaltungsteils (105) vor ESD Belastung zwischen dem ersten Anschluss (107) und dem zweiten Anschluss (108), wobei die ESD-Schutzstruktur (110) mit Spannungsdifferenzen zwischen dem ersten und zweiten Anschluss (107, 108) von größer als +10 V und kleiner als –10 V betreibbar ist ohne zu zünden; und wobei die ESD-Schutzstruktur (110) mit einer Photonenquelle (112) derart elektrisch und optisch gekoppelt ist, dass von der Photonenquelle (112) bei ESD Belastung emittierte Photonen (114) in der ESD-Schutzstruktur (110) absorbierbar sind und ein Avalanchedurchbruch mittels der durch die absorbierten Photonen (114) erzeugten Elektron-Loch-Paare einleitbar ist.
Die integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 1, wobei die ESD Schutzstruktur (110) zwei antiseriell verschaltete ESD-Schutzdioden (1101, 1102) aufweist.
Die integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 2, wobei ein ESD Puls in den ESD Schutzdioden (1102, 1102) in einem elektrischen Durchbruchsbetrieb eines pn-Übergangs zwischen einem p-Gebiet und einem n-Gebiet ableitbar ist.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ESD-Schutzstruktur (110) und der Schaltungsteil (105) bei Spannungsdifferenzen zwischen dem ersten Anschluss (107) und zweiten Anschluss (108) von größer als +20 V und kleiner als –20 V betreibbar sind.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltung einen Single-ended Transceiver ausweist.
Die integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 5, wobei der Single-ended Transceiver ein LIN Transceiver ist und der Schaltungsteil mit einem Buseingangs-/ausgangsanschluss als dem ersten Anschluss und mit einem Masseanschluss-Anschluss als dem zweiten Anschluss verschaltet ist.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die integrierte Schaltung einen differenziellen Transceiver aufweist.
Die integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 7, wobei der differenzielle Transceiver ein CAN Transceiver ist und der Schaltungsteil mit einem Anschluss aus CANH-Buseingangs-/ausgangsanschluss, CANL-Buseingangs-/ausgangsanschluss und Masse als dem ersten Anschluss und mit einem anderen Anschluss aus CANH-Buseingangs-/ausgangsanschluss, CANL-Buseingangs-/ausgangsanschlus und Masse als dem zweiten Anschluss verschaltet ist.
Die integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 7, wobei der differenzielle Transceiver ein FlexRay Transceiver ist und der Schaltungsteil mit einem Anschluss aus Bus Line Plus-Anschluss, Bus Line Minus-Anschluss und Masse als dem ersten Anschluss und mit einem anderen Anschluss aus Bus Line Plus-Anschluss, Bus Line Minus-Anschluss und Masse als dem zweiten Anschluss verschaltet ist.
Eine integrierte Schaltung (100), die aufweist: einen Schaltungsteil (105), der mit einem ersten Anschluss (107) und mit einem zweiten Anschluss (108) verschaltet ist und bei einer positiven Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Anschluss (107) und zweiten Anschluss (108) oberhalb von +10V betreibbar ist; eine ESD-Schutzstruktur (110) geeignet zum Schutz des Schaltungsteils (105) gegen elektrostatische Entladung zwischen dem ersten Anschluss (107) und dem zweiten Anschluss (108), wobei die ESD-Schutzstruktur (110) mit einer positiven Spannungsdifferenz zwischen dem ersten (107) und zweiten (108) Anschluss oberhalb von +10V betreibbar ist ohne zu zünden; wobei die ESD-Schutzstruktur (110) mit einer Photonenquelle (112) derart elektrisch und optisch gekoppelt ist, das von der Photonenquelle (112) bei ESD Pulsbelastung emittierte Photonen (114) in der ESD-Schutzstruktur (110) absorbierbar sind und ein Avalanchedurchbruch mittels der durch die absorbierten Photonen (114) erzeugten Elektron-Loch-Paare einleitbar ist; und eine Leckstromaufnahme zwischen dem ersten Anschluss (107) und dem zweiten Anschluss (108) bei einer spezifizierten positiven maximalen Spannung weniger als 100 nA beträgt und eine Eingangskapazität zwischen dem ersten Anschluss (107) und dem zweiten Anschluss (108) weniger als 50 pF beträgt.
Die integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 10, wobei ein spezifizierter negativer absoluter maximaler Spannungsgrenzwert zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss zwischen –0,3V und –1V ist.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine spezifizierte maximale positive Betriebsspannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss größer als +20 V ist.
Die integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 12, wobei der erste Anschluss ein Anschluss aus Eingangsanschluss und/oder Ausgangsanschluss ist und der zweite Anschluss ein Masse-Anschluss ist.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine erste Spannung V₁ zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss, ab der durch die Photonenquelle ein Strom von mindestens 100 µA fließt, zwischen 60% und 120% einer zweiten Spannung V₂ beträgt, und die zweite Spannung einer Avalanchedurchbruchspannung der ESD-Schutzstruktur entspricht.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Anschluss der ESD-Schutzstruktur und ein Anschluss der Photonenquelle elektrisch verbunden sind.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Photonen aus der Photonenquelle durch Ladungsträgerrekombination eines in Flussrichtung betriebenen pn-Übergangs in Silizium emittierbar sind.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Photonen (114) aus der Photonenquelle (112) durch Ladungsträgerbeschleunigung eines im elektrischen Durchbruch betriebenen pn-Übergangs in Silizium emittierbar sind.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Photonen (114) aus der Photonenquelle (112) durch Ladungsträgerbeschleunigung in einem elektrischen Feld eines in Sättigung betriebenen MOS Kanals, einem MOS Drainerweiterungsgebiet oder einer Drain-Driftstecke in Silizium emittierbar sind.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ESD-Schutzstruktur (110) und die Photonenquelle (112) in einem Silizium-Halbleiterkörper mit einem Abstand von weniger als 50 µm ausgebildet sind.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ESD-Schutzstruktur (110) und die Photonenquelle (112) in einem Silizium-Halbleiterkörper mit einem Abstand von weniger als 200 µm ausgebildet sind und die Photonenquelle (112) ein Lumineszenzspektrum ausweist, dessen Energieverteilung eine Spitze im Bereich von 80% bis 120% der Bandlückenenergie von Silizium aufweist.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Photonenquelle (112) an wenigstens einem Anschluss elektrisch mit wenigstens einem aus dem ersten Anschluss, dem zweiten Anschluss, einem Mittelknoten zweier antiseriell verschalteter ESD-Dioden, einer ESD-Sekundärschutzstruktur und dem Schaltungsteil verbunden ist.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Photonenquelle (112) mit mehreren ESD-Schutzstrukturen elektrisch und optisch gekoppelt ist.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schaltungsteil (105) ein Sensor-Interface ist.
Die integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 23, wobei das Sensor-Interface ein Interface aus Hall-Sensor-Interfaces, Buckle-Switch-Interfaces, Batteriesensor-Interfaces, aktive Peripheriesensor-Interfaces, Distributed System Interfaces, Peripheral Sensor Interfaces, Hochspannungs-Sensorpin-Interfaces, Monitor-Pins-Sensorinterfaces, Positions-Sensorinterfaces und Schalter-Rückmelder-Sensorinterfaces ist.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schaltungsteil (105) ein Aktuator-Interface ist.
Die integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 25, wobei das Aktuator-Interface ein Interface aus High Side Schalter, Low Side Schalter, Halb-Brücke und Vollbrücke ist.
Die integrierte Schaltung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Anschluss ein Anschluss aus Spannungs- und Schaltermonitorpins, Eingangspins- und Ausgangspins ist.