TW200828713A - Electrostatic discharge protection circuit - Google Patents

Description

200828713 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種靜電放電保護電路，特別有關於可完全隔 絕連接墊和内部電路，並防止寄生NPN通道的靜電放電保護電路。 【先前技術】 第1圖繪示了習知技術之靜電放電保護電路1〇0。如第丨圖所 • 示，靜電放電保護電路100包含一第一整流元件101、—第二整流 元件103、一電阻元件105。第一整流元件101以及第二整流元件 103通常係利用金氧半導體電盔體或二極體實施。靜電放電保護電

路100係耦接於一連接墊107以及一内部電路109,用以防止ESD 脈衝從連接墊107流至内部電路109。一般而言，從缚接墊1〇7 進入的ESD脈衝會從第一整流元件101或第二整流元件1〇3被導 掉，然而若電阻105太小時電流會流經電阻1〇5而進入内部電路 ❿〗09，進而造成内部電路109之損壞，反之若電阻1〇5太大，雖然 内部電路109可較易被保護，但同時也造成電路延遲增加不易高 速才呆作的問題。 第/圖緣不了習知技術之靜電放電保護電路200。如第2圖所 不靜電放電保護電路2〇〇包含一傳輸閘電路2〇1以及一控制電 路2〇3 S制電路2〇3帛以控制傳輸間電路2⑴之動作。當正常運 作日夺傳輸閘電路2〇1係、為導通的狀態，當esd脈衝由連接塾挪 傳入夺傳輸閘電路2〇!係為關閉的狀態，以避免esd脈衝進入 5 200828713 内部電路。此電路可調整傳輸閘電路2〇1的大小以調整自連接墊 205進入的輸入電阻之大小。控制電路2〇3中的電容2〇7和電阻 209構成一延遲電路，係用以決定傳輸閘電路2〇1的開啟和關閉時 間。N型金氧半導體電晶體211和213係分別用以提供偏壓給傳 輸閘電路201中N型金氧半導體電晶體215的p井(p_Wdi)或基底 (body)以及P型金氧半導體電晶體2丨4的N井讲_WeH)。 • 然而，因為P型金氧半導體電晶體214係直接_於電容2〇7 •和電阻2〇9，因此在ESD脈衝進入時，p型金氧半導體電晶體⑽ 的閘極電壓是ESD脈衝經由電容2㈣禺合產生，因此電晶體214 可咸撕法完全關閉，此外N型金氧半導體電晶體213可能會因佈 局圖形不當形成-寄生(parasi⑽麵路徑；若挪脈衝由第一 電壓準位vcc導向第二電壓準位Vgnd，破壞性的ESD電流可能就 •會經由這路徑導適.並造成電晶體213之損壞。使得靜電放電保護 參 電路2〇〇無法達到保護的功效。 此外在美國專利7_826中亦揭露了一種利用缝電路作為 ESD防護電路之發明。然而’ 匕發明之奸電路並未與連接塾完 善的隔離。且因使用LC共振電路，會使得電路有較大的面積，而 且在正常操作狀態下，此電路亦有可能發生不必要之共振。盆他 關於此電路的詳細描述已揭露於美國專利7_26中，故紐不 200828713 因此，需要一種新穎的發明以解決上述之問題。 【發明内容】 因此，本發明的目的之一為提供一種靜電放電保護電路，其使 傳輸閘電路不直接雛於延遲電路，以避免傳輸間電路在㈣脈 衝進入時無法關閉。 春 本發明的目的之一為提供一種靜電放電保護電路，其利用特定 之孟氧半&體電晶體以提供偏壓電壓給傳輸間電路，以避免寄生 的NPN路徑。 , 、本t明之幸乂佳貫施例揭露了一種靜電放電保護電路，包含：_ 放:保4元件、-傳輸閘電路、—第—N型金氧半導體電E 、第P里至氧半導體電晶體、-延遲電路、-第-反相i 輯電路以& 反相賴電路。靜電放電保護元件，麵接於, 連接墊。傳輸閘電_接於連接墊與—輸出端。第一 n型金氧, 導體兔日日馳接至傳輸閘電路以及_第二電壓準位，用以依據彳 “準位提供帛—偏壓予傳輸閘電路。第一 p型金氧半導i =體胃耦接至傳輸閘電路以及第—電壓雜，用以依據第一 仅罐-提卩*—偏㈣傳輸閘電路。延遲電路織至靜電放< 濟 遲電路、傳輸閘電路以及N型金氧半導體電 依據延遲電路之輸出而產生-第-控制訊號。第：1 200828713 峰輯:路軸於第—反姆輯電路、p型錄半導體電晶體以及傳 電路用以依據第一反相邏輯電路之輸出而產生一第二控制 儿、中傳輸閘電路係依據第一、第二控制訊號而選擇性地開 啟或關閉。 、^_魏可包含：—N蠢氧半賴電㈣，制極輛接 j N型金氧半導體電晶體之閘極，其中第型金氧半導體 鲁^體之源極與汲極分顺接於第二電鮮位與該第二^型金氧 半，體％晶體之^㈣啡或基底加办广一第二卩型金氧半導 •=晶體’並聯於第二.N型金氧半導體電晶體，且其閘極耦接於 1 p型金鱗導體之閘極，其巾第一 p型金氧半賴電晶體之 •源極與及極分別祕於第一電壓準位與第二P型金氧半導體電. 體之 N 井(N-Well)。 ⑩/曰根據以上之電路’不僅可以在剛脈衝產生時，傳輸問電路 Γ關閉岐得㈣電路和連接墊得以隔絕。亦可避免因為寄生 作用而產生不必要之導通路捏。 【實施方式】 牲/A ^及後_的申請專利範11當中使用了某些詞棄來指稱 Μ的讀所屬錢中具有通常知識者應可理解，硬體製造商 裏^用不同的名騎射同—個元件。本說明書及後 專利關並不《名稱的差異來作魏分元件的方式，而是以2 200828713

St:差異來作為區分的準則。在通篇_及後續的請求 項當中所提及的「办人及& ^ 〇 ,x； ； ^ ««Μ Γ ^ 卜耦接」一詞在此係包含任何直接及間接 罢n接手因此，若文中描述—第—裝置雛於一第二裳 ，則代表該第—裝置可直接電氣連接⑽第二裝置，或透過其 他裝置或連接手段間接地魏連接至該第二裝置。 籲 # 3睛示了_本發批健實_的靜電放電保護電路 。如第3圖所示，靜電放電保護電路300包含：-靜電放電保 蔓元件301傳輸閘電路3〇3、— Ν型金氧半導體電晶體奶、 γ Ρ型金氧半導體電晶體3〇7、—延遲電路3()9、一第一反相邏輯 電路311、.第一反相邏輯電路313。靜電放電保護元件3⑴輛接 於-連接墊犯，在此實施例中靜電保護元件3〇1係由兩整流元件 3】7> 319組成，而此兩整流元件317和319可由二極體或金氧半 •導體電晶體所組成。傳輸閉電路3〇3耗接於連接墊3丨5與-輸出 端32卜而在此實施例中輸出端321係耦接至一内部電路323，但 此輸出端321亦可耦接至其他電路。N型金氧半導體電晶體3〇5(可 視為-半導體單元)減至傳輸閘電路3G3以及一第二電壓準位 Vgnd (即一電源線），用以提供一第一偏壓予傳輸閘電路3〇3。須 注意的是，傳輸閘電路303之結構僅用以舉例，並不受限於第3 圖所示之架構。 P型金氧半導體電晶體307 (可視為另—半導體單元）則辆接 200828713 至傳輸閘電路303以及一第一電壓準位Vcc (另一電源線），用以 依據第一電壓準位V。。提供一第二偏壓予傳輸閘電路303。延遲電 路309耦接至靜電放電保護元件3〇1，用以決定傳輸閘電路3的 之開啟和關閉時間。在此實施例中，延遲電路3〇9包含一電容 以及-電阻327，並係利用電容325以及電阻327之值以決定傳輸 閘電路303之開啟和關閉時間，但並非用以限定本發明。電容 及電阻327串連於祕C，此節點c上的訊號即可視為—靜電放 電的偵測訊號。第一反相邏輯電路311耦接於延遲電路3〇9、傳輸 閘電路303以及N型金氧半導體電晶體3〇5，用以依據延遲電路 3〇9之輪出（即偵測訊號）而產生一第一控制訊號。第二反相邏輯 電路313耦接於第一反相邏輯電路311、P型金氧半導體電晶體3〇7 以及傳輸閘電路303,用以依據第一反相邏輯電路311之輸出而產 生一第二控制訊號Cl，其中傳輸閘電路3〇3係依據第一、第二控 制汛號CS】、CS2而選擇性地開啟或關閉。 . 傳輸閘電路303係為-傳輸閘（transmissi〇n gate)，並包含一 N 型金氧料體電晶體329以及p型金氧半導體電晶體331，但並非 用以限林發明。如第3騎示，N型金氧半導體電晶體3四之 閘極（可視為第-受控端）耗接於N型金氧半導體電晶體奶之 閘極，且N型金氧半導體電晶體奶之源極與汲極分別搞接於第 -電壓準位乂_與N型金氧半導體電晶體329之P井(p_Well)或 f底(body)。？型金氧半導體電晶體別並聯於n型金氧半導體電 曰體329且其閘極（可視為第二受控端）麵接於該p型金氧半導 200828713 體犯7之閘極，其中p型金氧半導體電晶體3〇7之源極與及極分 別輪接於第-電壓準位Vee與P型金氧半導體電晶體331之N井 (N-Well)。而且’在此實施例中，第—反相邏輯電路3ιι以及第二 反相邏輯電路係為反相器，但亦可利用其他邏輯電路達成相 同之功效。 底下將說明根據靜電放電保護電路3〇〇在正常操作情況、ps ♦ (posmve to Vss)模式、NS (negative t0 Vss)模式、pD 奶

Vdd)模式、以及ND(negativet〇 Vdd)模式下的運作情形。在正常 情況下（亦即未有ESD脈衝產生），自第一反相邏輯電路3ιι之輸 出點A輸出的第一控制訊號⑶之準位為高，.而自第二反相邏輯 電路312之輸出‘點b輸出的第二控觀號％之準位為低。因此 N.型金氧半導體電晶體3〇5、p型金氧半導體電晶體術、n型金 氧半導體電晶體329以及P型金氧半導體電晶體331為導通之狀 • 態，具有較低之輸入阻抗。 當ESD脈衝進入時，若為ps模式，則第一反相邏輯電路]^ 之閘點C由於透過電容325耦合至ESD脈衝的關係，其準位為高， 因此輸出點A之電壓為低而輸出點B為高。因此N型金氧半導體 電晶體305、P型金氧半導體電晶體3〇7 ' N型金氧半導體電晶體 329以及P型金氧半導體電晶體331為關閉之狀態，故esd脈衝 並不會流入内部電路323。在此情況下，ESD脈衝主要是由整流 兀件319導出，亦可由其他外圍輔助電路所導出。此外圍輔助電 200828713 路由於係為熟知此項技藝者所知悉，故在此不再贊述。 模式在流元件319被導通以導出㈣脈衝。㈣ 衩式下整流讀3!7被導通以導出咖脈衝。 而在ND模式下，整流元件319被導通，第壓 與ESD脈衝相近之電壓，因 雷愿餘+ u 衝為貞向賴，相對地第一 電i準位成為相對高之準位^ ^ 接於相對高之準位，因此^ 之閑點以 輸出點A輸出的控制訊號CS,之準位 .:==輸出的控制訊號CS2之準位為高，_型金 體電s體32=、5 P型紅切體電晶體3G7、N型金氧半導 體^日日體329以及p创泰备尘憎μ; πη n a 導體電晶體331為關閉之狀態，故 =_不會流入内部電路323。在此情況下，刷脈衝主要是 :正—件317導出，亦可由其他外關助電路所導出。此外圍.. 辅助電路由於係賴知此項郷麵知悉，故在料再費述。 根據上述$路結構，由於p型金氧半導體電晶體幻 接於延遲電路儀不會有無法觸之航， P型全氧= 導體電晶魏可防止寄生通道（譬如說是腫寄生通道)之產 生且此電路並未使用Lc共振電路，因此可避免潛在震盈問題， 面積方面亦可由調整傳輸閘電路之閘極寬度來調整。 範 以上所述料本㈣之較佳實施例，凡依本發财請專利 200828713 圍賴之均等教與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 S 1 ®、Wf習知技術之靜電放電保護電路。 第2圖繪7Γ:了沿咕術之靜電放電傾電路。 第3 _示了根據本發明之靜電放電保護電路的較佳實施例。 φ 【主要元件符號說明】 100靜電放電保護電路 101第一整流元件 103第二整流元件 105電阻元件 107埠接墊 109内部電路 ·* . 200靜電放電保護電路 ❿ 201傳輸閘電路 203控制電路 205連接墊 207電容 209電阻 211、213、215 N型金氧半導體電晶體 214 P型金氧半導體電晶體 . 300靜電放電保護電路 200828713 301靜電放電保護元件 303傳輸閘電路 305 N型金氧半導體電晶體 307 P型金氧半導體電晶體 309延遲電路 311第一反相邏輯電路 313第二反相邏輯電路 ⑩ 315連接墊 317、319整流元件 321輸出端 323内部電路 325電容. 327電阻 329N型金氧半導體電晶體 φ 331 P型金氧半導體電晶體

Claims (1)

1. 200828713 十、申請專利範圍： 1·一種靜電放電保護電路，包含： 一靜電放電保護元件，耦接於一連接墊； -傳輸閘電路，祕於料接触—輪 N里金氧料體電晶體，_接至該傳輪閘電路以及一第二電壓 準位’用以依據該第二電壓準位提供一第一偏壓予該傳輸閘電 路； 一第- P型金氧半導體電晶體，樓至該傳輸閘電路以及一第一 電壓準位’収依據鶴電卿位提供一第二偏壓予該傳輸 閘電路； · 一延遲電路，耦接至該靜電放電保護元件，用以決定該傳輸閘電 路之開啟和關閉時間； 一第一反相邏輯電路，耦接於該延遲電路、該傳輸閘電路以及該N 型金氧半導體電晶體，·用以依據該延遲電路之輸出而產生一第 一控制訊號；以及 一第二反相邏輯電路，耦接於該第一反相邏輯電路、該P型金氧 半導體電晶體以及該傳輸閘電路，用以依據該第一反相邏輯電 路之輸出而產生一第二控制訊號，其中該傳輸閘電路係依據該 第、第一控制訊號而選擇性地開啟或關閉。 2·如申請專利範圍第1項所述之靜電放電保護電路，其中該傳輸 閘電路包含： 一第二N型金氧半導體電晶體，其閘極耦接於該第一 N型金氧半 200828713 導體電晶體之閘極，其中該第—N型金氧半導體電晶體之源 極與汲極分顺接於該第二電群位與該第二N型金氧半導 、體電晶體之p井（P_WelI)或基底（b〇dy);以及 -第一 P型金氧半導體電晶體，並聯於該第二1型金氧半導體電 晶體，且其閘極耦接於該第一 P型金氧半導體之閘極，其中 δ亥第一 p型金氧半導體電晶體之源極與汲極分別耦接於該第 一電壓準位與該第二P型金氧半導體電晶體之N井 (Ν-WeII) 〇 3.如申請專娜㈣丨項顺之靜電放賴護電路，，其中該靜電 放電保護元件包含：‘ 一第一整流元件，耦接於該延遲電路、該傳輸閘電路以及該連接 墊之間；以及 一第二整流元件，耦接於該第一整流元件以及該第二電壓準位。 4·如申請專利範圍第3項所述之靜電放電保護電路，其中該第一 整流元件或該第二整流元件係為二極體或金氧半導體電晶 5·如申請專利範圍第1項所述之靜電放電保護電路，其中該延遲 電路包含： 一電谷，耦接於該第一電壓準位以及該靜電放電保護元件；以及 v 一電阻，耦接於該第一反相邏輯電路以及該電容。 200828713 6. 如申請專利範圍第丨卿述之靜電放鹤護電路，其中該第— 反相邏輯電路或該第二反相邏輯電路係為反相器。 7. 一種靜電放電保護電路，用來保護—内部電路； 電路包含： 电I蔓 路具有一第一受控端與一第二受控端， -傳輸閘電路輕接於—連接墊與該内部電路之間，·該傳輪閉電 而該傳輸閘電路係根據 遠第-X控销該第二受控端之訊號來控綱連接墊與該内 部電路間是否導通； 一延遲電路，射_靜電放電事件是砰生鍊獅測結 供一偵測訊號； 第-邏輯·’屬於觀遲電路與該第—受控端之間，其可 據次遲電路之偵測訊號而向該第一受控端提供一第—控 制訊號；以及 -第二邏輯電路，其可依據該偵測訊號响該第二受控端提供一 第一控制訊號。 8·如申請專利範圍第7 、之静電放電保護電路，其中該第二邏輯電 路係輕接於該第一邏輯雷炊你士—— 電路/、该弟二受控端之間，以根據該第 一控制訊號而向該第二受# 如供该第二控制訊號。 9·如申請專利範圍第7項 、砰％放電保護電路，其中該傳輸閘電路 200828713 :包=:第—偏壓端與—第二偏壓端’而該靜電放電保護電 體單元’缺於該第一偏壓端與-第二電源線之 a，5亥第-半導體單元可依據該第—控制訊號來控制該 偏壓端與該第二電源線間是否導通 ;以及 第-半導體單元’輕接於該第二偏壓端與一第一電源線之 間’該第二半導體單元可依據該第二控制訊號之 偏壓端與該第-電源線是否導通。. 心4二 10.如申請專利範圍第9項之靜電放電保護電路，其中該傳輸閑電 路包含有兩錢铸體電晶體，偏壓端分別 為該兩金氧半導體電晶體之基底。 η. 一種靜電放絲護電路，时倾電路；該靜電 護電路包含： 一傳輸閘電路，触於—連接墊與制部電路之間，其可控制該 連接墊與該内部電路間是否導通；該傳輸閘電路具有一第一偏 壓端與一第二偏壓端； 一延遲電路’其可_靜電放電事件是妓生並根顧測結果提 供一偵測訊號； 一第-邏輯電路’輪於該延遲電路’其可依據該延遲電路之债 測訊號而提供一第一控制訊號； 一第二邏輯電路，其可依據該偵測訊號而提供一第二控制訊號· 200828713 第半‘體單元，耦接於該第一偏壓端與一第二電源線之間， 4第-半導H單元可依據該第—控制訊號來控制該第一偏壓 々端與該第二電源線間是否導通；以及 導體^元，耦接於該第二偏壓端與一第一電源線之間， 该弟二半導體單元可依據該第二控制訊號來控制該第二偏歷 钨與該第一電源線是否導通。 •申巧專她圍第u項之靜電放電保護電路，其巾該第二邏輯 ^路係祕於該第_邏輯電路與該第二受控端之間 ，以根據該 率一控制訊號而提供該第二控制訊號。 ★申明專細圍第11項之靜電放電保護電路，其巾該傳輸閘電 去。3有兩减半導體電晶體，而該第—及第二偏壓端分別 為該兩金鮮導||電4紅減。· 十 圖式： 19