ITMI950207A1

ITMI950207A1 - Circuito di protezione contro scariche elettrostatiche particolarmente per circuiti integrati

Info

Publication number: ITMI950207A1
Application number: IT95MI000207A
Authority: IT
Inventors: Jonathan H Orchard-Webb
Original assignee: Mitel Corp
Priority date: 1994-02-08
Filing date: 1995-02-06
Publication date: 1996-08-06
Also published as: JPH0846132A; US5568346A; GB2286289B; IT1275216B; GB9501957D0; FR2718569A1; FR2718569B1; DE19504752A1; GB2286289A; CA2115230A1; ITMI950207A0

Abstract

Un circuito di ingresso fornisce protezione ESD ad un circuito integrato comprendente una piazzola Vdd, una piazzola Vss, una pluralità di piazzole di ingresso e di uscita, una linea elettrica Vdd e una linea elettrica Vss. Un diodo sufficiente grande a trasportare corrente ESD è posto direttamente tra la piazzola Vss e la linea elettrica Vdd, e le piazzole di ingresso sono collegate alla linea elettrica Vdd tramite diodi rispettivi.

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un circuito di protezione per fornire protezione ESD (scarica elettrostatica) per circuiti integrati.

ESD è un problema comune in qualsiasi circuito integrato monolitico, quale CMOS, BICMOS, e bipolare. Scariche statiche possono sviluppare tensioni elevate che quando scaricate attraverso i fili o conduttori di circuiti integrati possono provocare guasto catastrofico. Nella tecnica nota, era noto, per esempio, proteggere circuiti CMOS utilizzando un resistore di ingresso seguito da un diodo alla linea elettrica e un diodo alla linea elettrica Vss per ciascuna piazzola di ingresso. Il diodo separato a Vss era usato per ciascun ingresso per proteggerlo contro scariche ESD tra cui l'ingresso e Vss·

Il problema con questa disposizione è che i diodi a Vss sono posti in corrispondenza di ciascuna piazzola di ingresso e consumano aerea di stampo significativa, incorrendo quindi in un penalità di costo significativa. Inoltre, i diodi Vss sono vicini alla circuiteria attiva, e deve essere presa cura per impedire problemi di aggancio provocati dai diodi di protezione.

La presente invenzione fornisce un circuito di protezione per fornire protezione ESD ad un circuito integrato comprendente una piazzola Vdd, piazzola Vss, una pluralità di piazzole di ingresso e di uscita, una linea elettrica Vdd, e una linea elettrica Vss· In accordo con l'invenzione, un singolo diodo (o rete di protezione), sufficiente a trasportare corrente ESD è posto direttamente tra la piazzola Vss e la linea elettrica Vdd, ovviando quindi alle necessità di collegare ciascuna piazzola di ingresso alla linea Vss tramite diodi separati. Il circuito di protezione da qualsiasi piazzola di ingresso/uscita, a Vss è completato attraverso il diodo in corrispondenza della piazzola di I/O e l'anello di tracciamento o incisione (scribe) e il substrato e un diodo similare in corrispondenza della piazzola Vss.

L'utilizzo di un singolo diodo incrementa il livello di protezione per eventi ESD tra una singola piazzola e Vss allo stesso livello di quello ottenuto tra piazzole di segnali differenti. Inoltre, esso risparmia area di stampo e riduce il rischio di aggancio.

L'invenzione, sebbene descritta con riferimento a CMOS su substrati N, è applicabile a qualsiasi processo di I C monolitico, quale un CMOS, BICMOS, e bipolare.

L'invenzione sarà ora descritta in maggior dettaglio, solamente a titolo di esempio, con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 è uno schema circuitale di un circuito di protezione di ingresso della tecnica nota;

la figura 2 mostra schematicamente la configurazione fisica delle piazzole di contatto per un circuito integrato della tecnica nota (i resistori di ingresso sono omessi nell'interesse della chiarezza);

la figura 3 mostra un circuito di protezione di ingresso in accordo con l'invenzione nella sua forma più semplice con solamente il diodo precedentemente opzionale mantenuto;

la figura 4 mostra schematicamente la configurazione fisica di un circuito integrato costruito in accordo con l'invenzione;

la figura 5 illustra come si verifica rottura tra piazzole nella disposizione secondo l'invenzione; e

la figura 6 è uno schema equivalente elettrico del circuito di protezione.

Facendo riferimento alla figura 1, il circuito di protezione della tecnica nota comprende una piazzola Vss 1 e una piazzola 2 collegate rispettivamente a linee di alimentazione 3, 4 fornenti alimentazione al circuito attivo generalmente designato 5. Una piazzola di ingresso 6 è collegata tramite un resistore di protezione 7 e un resistore di ingresso 8 o conduttore al circuito attivo 5. Il resistore di ingresso non ha alcun ruolo nella protezione; esso serve semplicemente come una connessione conveniente.

La linea di ingresso tra il resistore 7 e 8 è collegata rispettivamente tramite il diodo Vss 9 alla linea Vss 3 e il diodo 10 alla linea Vdd 4. Un diodo opzionale 11 può collegare la piazzola di ingresso 6 direttamente alla linea Vdd.

La figura 2 mostra la configurazione fisica del circuito mostrato nella figura 1 con la piazzola di ingresso 6 collegata tramite il diodo Vss 9 alla linea Vss 3 e il diodo 10 alla linea 4.

Nel circuito mostrato nelle figure 1 e 2, se l'impulso ESD si verifica su due piazzole, per esempio, due piazzole di ingresso, il diodo in corrispondenza della piazzola negativa si romperà. Corrente fluisce al substrato e al metallo scribe (Vdd in questa particolare forma di realizzazione) e polarizza direttamente il diodo sulla piazzola negativa. Se le tensioni ESD sono invertite, si verifica la stessa azione tranne che i ruoli dei due diodi sono invertiti. Azione similare si verifica tra le piazzole di ingresso e di uscita. Se la scarica si verifica su diverse piazzole, l'azione è similare ma con più diodi portati in gioco.

Sì può vedere che il diodo su Vss agirà nello stesso modo di diodi su qualsiasi altra piazzola di ingresso o di uscita, sia per scarica tra piazzoLa di ingresso o uscita e Vss, sia per scariche tra Vss e Vdd·

I diodi individuali Vss 9 quindi proteggono gli ingressi contro scariche ESD a Vss. Tuttavia, come più chiaramente mostrato nella figura 2, la prossimità dei diodi 9 alla circuiteria attiva significa che deve essere presa cura estrema per impedire problemi di aggancio, e inoltre la presenza del diodo 9 vicino alla circuiteria attiva aumenta sostanzialmente la dimensione fisica del dispositivo.

Facendo riferimento ora alle figure 3 e 4, dove parti uguali sono chiamate con numeri di riferimento uguali, il resistore di ingresso 7, i diodi Vss e 9 e 10 della figura 1 sono rimossi, come indicato dalla configurazione tratteggiata nella figura 3. Invece, un diodo singolo Vss 12 (preferibilmente un grande diodo che è in grado di resistere all'impulso ESD), o rete di diodi similari al diodo 11, è posto direttamente tra la piazzola Vss 1, o almeno un punto sulla linea elettrica Vss vicino ad essa, e la linea elettrica 4. Un diodo similare 11 è collegato tra tutte le piazzole rimanenti 6, tranne la piazzola 2, e la linea elettrica Vdd 4. A differenza della configurazione mostrata nella figura 1, il diodo 11 è ora essenziale.

La disposizione fisica è mostrata nella figura 4, dove il diodo 12 può essere visto posizionato tra la piazzola Vss 1 e la linea 4. Il diodo 11 collega ciascuna piazzola di ingresso a Vdd.

Per protezione ESD completa, il circuito deve sopportare scariche ESD tra ogni coppia possibile di piazzole sia per scariche positive che negative.

Se la piazzola di ingresso è negativa (6a), il diodo 11 della piazzola di ingresso si rompe e fornisce un percorso a bassa resistenza a Vdd, come nella tecnica nota. Se d'altra parte la piazzola di ingresso è positiva, lo stesso diodo 11 polarizza direttamente al substrato, che poi induce il diodo Vss 12 a rompersi e a fornire un percorso a bassa resistenza per scaricare l'evento ESD.

Come mostrato nella figura 5, dove la linea elettrica 4 è costituita dal substrato, si verifica rottura da piazzola a piazzola attraverso il substrato 4 e diodi 11 posti estremità contro estremità, uno essendo polarizzato direttamente e l'altro essendo polarizzato inversamente.

La figura 6 illustra ciò che si verifica nel caso di rottura da Vss a Vd(j. Scarica si verifica attraverso solamente un diodo 12 collegante la piazzola 1.(V ) alla linea V(id 4.

Con la disposizione descritta, a differenza della tecnica nota (si confrontino figure 2 e 3) si richiede solamente un diodo in corrispondenza di ciascuna piazzola per scaricare sia eventi positivi che negativi. Il circuito di protezione da qualsiasi piazzola di ingresso/uscita, a Vss è completato attraverso il diodo in corrispondenza della piazzola di I/O e l'anello di tracciamento (scribe) (non mostrato) e substrato e un diodo similare in corrispondenza della piazzola Vss. Il substrato e anello di tracciamento (scribe) (non mostrato) servono quindi per collegare i diodi estremità contro estremità tra piazzole. Questa disposizione offre una bassa resistenza.

Il progetto o struttura dei diodi non è critico per l'invenzione, e possono essere impiegate molte strutture entro l'abilità del tecnico del ramo. Qualsiasi dispositivo, rete o combinazione di dispositivi che soddisfano il ruolo di un diodo può essere impiegato e variazioni nell'implementazione dipendono dal tipo specifico di tecnologia usata. La caratteristica chiave è che il diodo 12 deve essere sufficientemente grande da trasportare corrente ESD da una o più piazzole di ingresso e inoltre non deve rompersi sotto tensione operativa normale. Idealmente tutti i diodi dovrebbero essere identici.

L'invenzione è stata descritta per un substrato di tipo n. Per substrati di tipo n i ruoli delle piazzole e Vss sono scambiati.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Circuito di protezione per fornire protezione ESD ad un circuito integrato, comprendente un substrato, prima e seconda piazzola di alimentazione, prima e seconda linea elettrica collegate a detta prima e seconda piazzola di alimentazione rispettive, detta prima linea elettrica essendo collegata a detto substrato; e una pluralità di piazzole di ingresso e di uscita, caratterizzato dal fatto che primi mezzi a diodo (12) sufficienti a trasportare corrente ESD sono collegati tra detta seconda piazzola di alimentazione e detta prima linea elettrica, e secondi mezzi a diodo (11) sono collegati tra ciascuna detta piazzola di ingresso e detta prima linea elettrica, per cui scarica tra qualunque di dette piazzole di ingresso e di uscita (6) si verifica attraverso mezzi a diodo (11) posti estremità contro estremità collegati rispettivamente ad esse e detto substrato, e scarica tra dette piazzole di alimentazione si verifica attraverso singoli mezzi a diodo (12) collegati a una di dette piazzole di alimentazione e a detto substrato.
2. Circuito di protezione come rivendicato nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi a diodo (11, 12) comprendono una rete di diodi.
3. Circuito di protezione come rivendicato nella rivendicazione 1, che è libero da diodi tra le piazzole di ingresso rispettive (6) e detta seconda linea elettrica (3).
4. Circuito di protezione come rivendicato nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto substrato è di tipo n e detta prima linea elettrica (4) è la linea elettrica Vdd.
5. Circuito di protezione come rivendicato nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto substrato è di tipo p e detta prima linea elettrica (4) è la linea elettrica Vss.