TW201533880A - 靜電放電保護電路及半導體元件 - Google Patents
靜電放電保護電路及半導體元件 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201533880A TW201533880A TW103106013A TW103106013A TW201533880A TW 201533880 A TW201533880 A TW 201533880A TW 103106013 A TW103106013 A TW 103106013A TW 103106013 A TW103106013 A TW 103106013A TW 201533880 A TW201533880 A TW 201533880A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- coupled
- resistor
- electrostatic discharge
- circuit
- voltage
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 15
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 73
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 20
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 7
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 13
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- KZNMRPQBBZBTSW-UHFFFAOYSA-N [Au]=O Chemical compound [Au]=O KZNMRPQBBZBTSW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 229910001922 gold oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G17/00—Structural combinations of capacitors or other devices covered by at least two different main groups of this subclass with other electric elements, not covered by this subclass, e.g. RC combinations
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
- H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
- H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
- H01L27/0266—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using field effect transistors as protective elements
- H01L27/0285—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using field effect transistors as protective elements bias arrangements for gate electrode of field effect transistors, e.g. RC networks, voltage partitioning circuits
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Abstract
一種靜電放電保護電路，包括：一濾波電路，包括：一電容裝置，其中該電容裝置之一第一端係耦接至具有一第一電壓的一第一軌線，且電容裝置之一第二端係耦接至一第一節點；以及一第一電阻，其中第一電阻之一第一端係耦接至第一節點，且第一電阻之一第二端係耦接至具有一第二電壓的一第二軌線，其中第一電壓大於第二電壓；一靜電放電保護元件，包括：一第一N型場效電晶體，其具有一閘極、一汲極及一源極，汲極係耦接至該第一軌線，且源極係耦接至第二軌線，閘極接收一第三電壓以開啟第一N型場效電晶體；以及一觸發電路，耦接於濾波電路與靜電放電保護元件之間。
Description
本發明係有關於半導體技術，且特別是關於應用於半導體裝置內之一種靜電放電保護電路。
當累積在物體表面的過量電荷發現有路徑可到達具有不同電位之物體(例如接地端)時，突然以及瞬間之電流的流動即為靜電放電。當靜電電荷移動到積體電路(integrated circuit，IC)內，成為損害或是破壞閘極氧化物、金屬化(metalization)以及接面(junction)的電流。靜電放電可發生在當帶電體接觸到積體電路、帶電積體電路接觸到接地表面，或是帶電機器接觸到積體電路時。
在半導體元件的搬運(handling)期間，靜電放電是常發生的現象。靜電電荷可累積在半導體積體電路元件中，並可能在半導體積體電路元件內引起破壞性的作用。靜電放電壓力(stress)可能發生在積體電路製造的測試階段、積體電路之裝置被放置在電路板上時，以及安裝積體電路在內之設備的使用期間。靜電放電對電子裝置中積體電路的損害可能會部分地或是有時會完全地停止積體電路的操作。
對積體電路的製造而言，隨著技術的發展，靜電
放電的保護能力變得越來越重要。當半導體製程技術進步到例如深次微米(deep submicron)領域時，所產生之按比例縮小且包括較淺接面(shallower junction)深度以及薄閘極氧化層的半導體元件對靜電放電壓力具有較少的容忍性。因此，在積體電路的輸入/輸出接合墊(I/O pad)必須提供靜電放電保護電路以避免來自靜電放電壓力的損害。
本發明實施例係提供一種靜電放電保護電路，包括：一濾波電路，包括：一電容裝置，其中該電容裝置之一第一端係耦接至具有一第一電壓的一第一軌線，且電容裝置之一第二端係耦接至一第一節點；以及一第一電阻，其中第一電阻之一第一端係耦接至第一節點，且第一電阻之一第二端係耦接至具有一第二電壓的一第二軌線，其中第一電壓大於第二電壓；一靜電放電保護元件，包括：一第一N型場效電晶體，其具有一閘極、一汲極及一源極，汲極係耦接至該第一軌線，且源極係耦接至第二軌線，閘極接收一第三電壓以開啟第一N型場效電晶體；以及一觸發電路，耦接於濾波電路與靜電放電保護元件之間。
本發明實施例更提供一種半導體元件，包括：一高通濾波電路，用以提供一第一電壓；一靜電放電保護元件；以及一觸發電路，耦接於該高通濾波電路以及該靜電放電保護元件之間，其中當一靜電放電事件發生於一第一軌線時，該觸發電路用以提供該靜電放電保護元件小於該第一電壓之一第二電壓，藉以讓該靜電放電事件所產生之電荷透過該靜電放電
保護元件導至一第二軌線。
100‧‧‧靜電放電保護系統
101‧‧‧第一端點
102‧‧‧靜電放電保護電路
105‧‧‧電阻
106‧‧‧第二端點
108‧‧‧內部電路
210、220、230、300‧‧‧靜電放電保護電路
310‧‧‧濾波電路
320‧‧‧觸發電路
330‧‧‧靜電放電保護元件
VDD、VSS‧‧‧電壓
M11、M21、M31、M32、M33、M40、M41、M42‧‧‧場效電晶體
N31、N32、A、B‧‧‧節點
R21、R31、R32、R41、R42‧‧‧電阻
C31、C41‧‧‧電容
600-640、700-740‧‧‧波形
第1圖係顯示一靜電放電保護系統的簡單示意圖。
第2A圖係顯示使用閘極接地N型場效電晶體的靜電放電保護電路210的電路圖。
第2B圖係顯示使用閘極電阻接地N型場效電晶體的靜電放電保護電路220的電路圖。
第2C圖係顯示使用RC反相器之N型場效電晶體的靜電放電保護電路230的電路圖。
第3圖係顯示依據本發明一實施例之靜電放電保護電路300的功能方塊圖。
第4A圖係顯示依據本發明一實施例之靜電放電保護電路300的電路圖。
第4B圖係顯示依據本發明另一實施例之靜電放電保護電路300的電路圖。
第5圖係顯示依據本發明一實施例中之濾波電路310的增益圖。
第6A~6B圖係顯示依據本發明一實施例中之靜電放電保護電路300的頻率響應圖。
第7A~7B圖係顯示第2C圖中之靜電放電保護電路230的頻率響應圖。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易
懂，下文特舉一些實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第1圖係顯示一靜電放電保護系統的簡單示意圖。靜電放電保護系統100主要包括一第一端點101、一靜電放電保護電路102、一第二端點106及一內部電路108。第一端點101可以耦接輸入/輸出端(Input/Output Pad)或是電源供應(Vdd)端。第二端點106可耦接低位準電源(VSS)供應端(例如：接地(GND)端)。從靜電放電(Electrostatic Discharge，ESD)事件(例如：靜電放電突波)發生於第一端點101起，耦接於第一端點101以及第二端點106之間的靜電放電保護電路102可用以保護內部電路108。靜電放電保護電路102可為主要的靜電放電保護裝置，藉由限制電壓以及允許靜電放電的高電流被安全地放電至第二端點106，靜電放電保護電路102可防護在第一端點101上的靜電放電突波。
舉例來說，靜電放電保護電路102可包括以串聯方式連接之一或多個二極體的二極體串(diode chain)、具有閘極端、源極端以及汲極端的閘極接地N型金氧半導體電晶體(grounded-gate NMOS，GGNMOS，如圖2A所示)、或是如第2B、2C圖所示之電路。位於第一端點101以及第二端點106之間的保護電路可耦接至以及並聯於受保護的元件或是內部電路108。在靜電放電電流損害受保護的內部電路108之前，靜電放電保護電路102可被設計成能先被觸發。在其他實施例中，可使用電阻105來進一步限制電流流至內部電路108，以作為額外的保護。
第2A圖係顯示使用閘極接地N型場效電晶體
(Grounded-gate NMOS，GGNMOS)的靜電放電保護電路210的電路圖。第2B圖係顯示使用閘極電阻接地N型場效電晶體(GRNMOS)的靜電放電保護電路220的電路圖。第2C圖係顯示使用RC反相器之N型場效電晶體的靜電放電保護電路230的電路圖。
請參考第1圖及第2A圖，當一靜電放電事件發生在第一端點101上，會引發靜電放電保護電路210的N型場效電晶體M11之汲極形成一寄生雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transistor，BJT)的集極，而N型場效電晶體M11之源極則成為寄生BJT之射極，N型場效電晶體M11之基體則成為寄生BJT之基極。因此，當靜電放電事件發生在第一端點101上時，會使得寄生BJT的集極-基極接面成為反向偏壓而到達累增崩潰(avalanche breakdown)點。此時，由基極流至接地端的正向電流會在基體中之一寄生電阻中產生一電壓差，進而導致在基極-射極之接面上出現一正向偏壓VBE，進而導通該寄生BJT(意即導通N型場效電晶體M11)，藉以將靜電放電電流導至接地端。
在第2B圖中，靜電放電保護電路220之N型場效電晶體M21之閘極增加了接地的電阻R21，其中電阻R21可用以儲存電荷，進而在當有靜電放電事件發生時，可讓N型場效電晶體M21進入微微導通之狀態，藉以將靜電放電電流更快地導至接地端。在第2A及2B圖中之靜電放電保護電路均是被動式的電路，僅被動地由靜電放電事件所觸發。本領域具通常知識者能了解前述被動式電路的定義，在此不再詳述。
在第2C圖中所示之靜電放電保護電路230則為一
主動式的保護電路，其可利用一額外的機制偵測靜電放電事件，並可達到更快速的反應時間以將靜電放電電流導入接地端。更進一步而言，靜電放電保護電路230係包括一低通濾波器(例如電阻R31及電容C31)、一反相器(包括P型場效電晶體M31及N型場效電晶體M32)，以及一靜電放電元件(例如N型場效電晶體M33)。當有靜電放電事件(高頻信號)發生時，電容C31會因為高頻信號而呈現短路狀態，進而將節點N31之電壓快速地拉至接地端。此時，反相器之輸出端(節點N32)的電壓則會快速地達到高邏輯準位，使得N型場效電晶體M33導通，藉以將靜電放電電流導至接地端。
第3圖係顯示依據本發明一實施例之靜電放電保護電路300的功能方塊圖。請參考第1圖及第3圖，靜電放電保護電路300係用以取代在第1圖中的靜電放電保護電路102。在一實施例中，靜電放電保護電路300可耦接於第一電源軌線及第二電源軌線之間，可包括一濾波電路310、一觸發電路320、以及一靜電放電保護元件330，其中第一電源軌線可耦接於第一端點101，而第二電源軌線可耦接於第二端點106。濾波電路310可為一高通濾波器(例如為一階的RC高通濾波器)，用以作為一信號偵測級(signal detection stage)，意即濾波電路310可偵測靜電放電保護電路300之供應電壓(例如第一端點101之電壓VDD及/或第二端點106之電壓VSS)是否有大幅變化。當靜電放電保護電路300之供應電壓(例如電壓VDD及/或VSS)有大幅變化時(例如當正電荷所引發之一靜電放電事件發生在第一電源軌線時)，濾波電路310可驅動觸發電路320。觸發電路320，
其係提供一弱驅動電壓至靜電放電保護元件330。舉例來說，觸發電路320例如可以是一電阻(例如多晶矽電阻(poly-silicon resistor)、井電阻(well resistor)、擴散電阻(diffusion resistor)或NMOS電阻等等)、一NMOS源極追隨器或二極體(diode)，靜電放電保護元件330可在靜電放電保護電路300之供應電壓(例如電壓VDD及/或VSS)有大幅變化時(例如當正電荷所引發之一靜電放電事件發生在第一電源軌線時)，將靜電放電事件所產生的靜電放電電流導入例如接地端(GND)以避免內部電路之元件損毀。在其他實施例中，若負電荷所引發之一靜電放電事件發生在第一電源軌線時，透過靜電放電保護元件330內寄生的二極體，可讓負電荷導入例如接地端(GND)以避免內部電路之元件損毀。
第4A圖係顯示依據本發明一實施例之靜電放電保護電路300的電路圖。如第4A圖所示，濾波電路310可為一階RC高通濾波器，例如包括了一電容C41及電阻R41，其中電容C41例如可由一場效電晶體(FET)來實現，且電阻R41可為一多晶矽電阻(poly-silicon resistor)、井電阻或是擴散電阻等。舉例來說，在一般情況時，可作為電容C41之場效電晶體M40是處於關閉狀態，當電壓VDD有一暫態(transient)變化時，例如一靜電放電事件發生時，場效電晶體M40可視為導通。在一實施例中，濾波電路310中之電阻R41與電容C41乘積所得出的時間常數(time constant)例如可為0.1微秒(microsecond；μs)。前述提及之0.1微秒僅為一實施例中的數值，在本發明其他實施例中，亦可採用其他數值。在第4A圖之實施例中，觸發電路320係由一
源極追隨器所實現，其中該源極追隨器包括一N型場效電晶體M41及一電阻R42，其中N型場效電晶體M41之汲極係耦接至電壓VDD，N型場效電晶體M41之閘極係耦接至濾波電路310中的節點A，N型場效電晶體M41之源極係耦接至節點B。電阻R42之第一端係耦接至節點B，其第二端係耦接至電壓VSS。靜電放電保護元件330中的場效電晶體M42的閘極耦接節點B，用以接收節點B上的一電壓VB，以致能靜電放電保護元件330，靜電放電保護元件330的源極可耦接至電壓VSS，汲極可耦接至電壓VDD。在一實施例中，靜電放電保護元件330寄生有一雙載子接面電晶體(Bipolar Junction Transistor，BJT)，靜電放電保護元件330的汲極可做為寄生的BJT的集極(collector)，源極可做為寄生的BJT的射極(emitter)，而此寄生BJT的基極則透過基體(或P型井)中的寄生電阻連接至電壓VSS。
第4B圖係顯示依據本發明另一實施例之靜電放電保護電路300的電路圖。第4B圖中的觸發電路320可由一電阻R32所實現，其中該電阻例如是多晶矽電阻、井電阻、擴散電阻或是NMOS電阻。電阻R32之第一端係耦接至濾波電路310之節點A，其第二端係耦接至靜電放電保護元件330中之N型場效電晶體M42之閘極。在其他實施例中，觸發電路320也可由二極體(diode)所實現，其二極體的數量可依實際需求而定。前述所使用之二極體除了可為一實體的二極體外，亦可以是寄生的二極體，實體的二極體除了可為簡單結構的一般性二極體外，亦可以是齊納二極體(Zener diode)或其他二極體。
第5圖係顯示依據本發明一實施例中之濾波電路
310的增益圖。靜電放電(ESD)事件是電壓瞬間產生大幅變化，因此對濾波器而言是一高頻信號。請參照第4A圖及第5圖所示，本發明實施例之濾波電路310可讓靜電放電事件(高頻信號)通過。更進一步而言，當電壓VDD有一暫態變化(意即有高頻信號產生)時，因為濾波電路310為一高通濾波器，所以該高頻信號不會被濾波電路310濾除，且濾波電路310中流經電阻R41而在節點A所產生的電壓VA(即為場效電晶體M40之閘極電壓或為場效電晶體M41之閘極電壓)可致能觸發電路320中的場效電晶體M41。
請再參考第4A圖。當場效電晶體M41導通後，流過場效電晶體M41之電流可在節點B產生一電壓VB，用以致能靜電放電保護元件330。在本發明實施例中之電阻R42(例如為一多晶矽電阻)之數值(例如是0.5KΩ)可設計為使得電壓VB可讓靜電放電保護元件330中之場效電晶體M42為緩開啟(softened turn-on)狀態，其中緩開啟的狀態可理解為在節點B所產生的電壓VB(即為場效電晶體M42的閘極開啟電壓)小於節點A的電壓VA的狀態。當場效電晶體M42為緩開啟的狀態時，場效電晶體M42為導通，可讓場效電晶體M42將靜電放電電流導至接地端。另外，因為場效電晶體M42為導通的狀態，因此靜電放電電流能更快地被導至接地端，進而避免內部電路之元件損毀。另一方面，由於可以較小的閘極電壓開啟場效電晶體M42，故可使場效電晶體M42的可靠性不致於快速劣化。其中電阻R42除了可為一多晶矽電阻外，可為一井電阻(well resistor)、擴散電阻(diffusion resistor)或是NMOS電阻。請再參考第4B圖，當電壓
VDD有一暫態變化(意即有高頻信號產生)時，因為濾波電路310為一高通濾波器，所以該高頻信號不會被濾波電路310濾除，且濾波電路310中流經電阻R41而在節點A所產生的電壓VA經過觸發電路320中電阻R32的緩衝後，場效電晶體M42不致於被快速開啟，故可使場效電晶體M42的可靠性不致於快速劣化。
本發明實施例之靜電放電保護電路300中的場效電晶體M41可僅使用NMOS之長寬比為最小尺寸來設計。若使用.18nm之製程，場效電晶體M41之長寬比可為(W/L)n,min=(10/0.25)，且電阻R42之面積約為4.6μm2。請再參考第2C圖，靜電放電保護電路230在反相器中的P型場效電晶體M31之最小長寬比為(W/L)p,min=(40/0.25)，其尺寸遠大於靜電放電保護電路300的電阻R42。因此，相較於主動式靜電放電保護電路230，本發明實施例之靜電放電保護電路300擁有較小的電路面積。
第6A~6B圖係顯示依據本發明一實施例中之靜電放電保護電路300的頻率響應圖。第7A~7B圖係顯示第2C圖中之靜電放電保護電路230的頻率響應圖。其中，例如是使用Cadence Spectre模擬工具來測試靜電放電保護電路300及230的頻率響應。舉例來說，第2C圖中之電阻R31例如是100KΩ，電容C31例如是1pF，第4A圖中之電阻R41例如是100KΩ，電容C41例如是1pF。在此實施例中係使用不同的瞬間轉換波形以測試靜電放電保護電路300及230之頻率響應。舉例來說，在第6A及7A圖中，將例如是VDD-VSS之電壓差於10ns內由0V上升至8V的瞬間轉換波形600，用以模擬一靜電放電事件。當接收到
波形600時，靜電放電保護電路300及230均可將靜電放電電流導至接地端。靜電放電保護電路300中經過場效電晶體M42之靜電放電電流之峰值(如第6A圖中之波形610)係與靜電放電保護電路230中經過場效電晶體M33之靜電放電電流之峰值(如第7A圖中之波形710)相同。然而，對比於靜電放電保護電路230中之場效電晶體M33的閘極電壓(如第7A圖中之波形720)，本發明實施例之靜電放電保護電路300可明顯地降低靜電放電保護元件330中之場效電晶體M42的峰值輸入電壓(peak input voltage)(如第6A圖中之波形620)，亦即降低場效電晶體M42之閘極電壓，進而降低靜電放電事件損壞場效電晶體M42之可能性。
請參考第6B及7B圖，在另一實施例中，將例如是VDD-VSS之電壓差於10μs內由0V上升至8V的瞬間轉換波形700，用以模擬一正常的電源啟動程序。然而此瞬間轉換波形700的電壓上升速度太慢，亦即其轉換頻率遠小於第一階段之高通濾波器的截止頻率，因此在靜電放電保護電路300中之電容C41可視為開路(不被導通)，此時場效電晶體M41之閘極可視為接地。因此，靜電放電保護電路300中之場效電晶體M41不會導通，使得場效電晶體M42亦不會導通(詳細內容請參考第6B圖中流進場效電晶體M42之汲極的電流波形630，以及在場效電晶體M42之閘極的電壓波形640，意即在正常的電源啟動程序並不會啟動靜電放電保護元件330)。在一實施例中，截止頻率為(2πR41C41)-1，R41與C41乘積所得出的時間常數(time constant)例如可為0.1微秒(microsecond；μs)，例如可選用電阻值為100KΩ的R41與電容值為1pF的C41來得出前述之時間常數。使用
者可視自己的需求，選擇適當的電阻與電容組成前述高通濾波器。在其他實施例中，使用者亦可視需求選擇設計具有不同截止頻率的濾波器。相較於第7B圖，流進靜電放電保護電路230之場效電晶體M33的汲極的電流波形730以及場效電晶體M33之閘極電壓的波形740，本發明實施例之靜電放電保護電路300在較小的電路面積下，其靜電放電保護能力卻可與靜電放電保護電路230大致相同。在此實施例中，靜電放電保護電路300及靜電放電保護電路230分別在其場效電晶體M42及M33均有微量的漏電流(leakage current)產生，其漏電流之大小仍在可容忍之範圍內。
綜上所述，本發明實施例提供一種主動式的靜電放電保護電路，其可透過一信號偵測級(例如濾波電路310)偵測在積體電路上的靜電放電事件，並致能一驅動電路(例如觸發電路320)將靜電放電事件所產生之靜電放電電流透過靜電放電元件(例如靜電放電保護元件330)導至接地端，以避免積體電路中之內部電路的損壞。
本發明雖以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
300‧‧‧靜電放電保護電路
310‧‧‧濾波電路
320‧‧‧觸發電路
330‧‧‧靜電放電保護元件
VDD、VSS‧‧‧電壓
M40、M41、M42‧‧‧電晶體
A、B‧‧‧節點
R41、R42‧‧‧電阻
C41‧‧‧電容
Claims (15)
- 一種靜電放電保護電路，包括：一濾波電路，包括：一電容裝置，其中該電容裝置之一第一端係耦接至具有一第一電壓的一第一軌線，且該電容裝置之一第二端係耦接至一第一節點；以及一第一電阻，其中該第一電阻之一第一端係耦接至該第一節點，且該第一電阻之一第二端係耦接至具有一第二電壓的一第二軌線，其中該第一電壓大於該第二電壓；一靜電放電保護元件，包括：一第一N型場效電晶體，其具有一閘極、一汲極及一源極，該汲極係耦接至該第一軌線，且該源極係耦接至該第二軌線，該閘極接收一第三電壓以開啟該第一N型場效電晶體；以及一觸發電路，耦接於該濾波電路與該靜電放電保護元件之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之靜電放電保護電路，其中該觸發電路為一源極追隨器，該源極追隨器包括：一第二N型場效電晶體，其具有一閘極、一汲極及一源極，其中該閘極係耦接至該第一節點，該汲極係耦接至該第一軌線，且該源極係耦接至一第二節點；以及一第二電阻，其中該第二電阻之一第一端係耦接至該第二節點，且該第二電阻之一第二端係耦接至該第二軌線。
- 如申請專利範圍第2項所述之靜電放電保護電路，其中該靜電放電保護元件之該閘極耦接該第二節點。
- 如申請專利範圍第1項所述之靜電放電保護電路，其中該觸發電路係由一第三電阻或一二極體所實現。
- 如申請專利範圍第4項所述之靜電放電保護電路，其中該第一電阻為一多晶矽電阻、一井電阻、一擴散電阻或一NMOS電阻，該第三電阻為一多晶矽電阻、一井電阻、一擴散電阻或一NMOS電阻。
- 如申請專利範圍第2項所述之靜電放電保護電路，其中該第二電阻為一多晶矽電阻、一井電阻、一擴散電阻或一NMOS電阻。
- 如申請專利範圍第1項所述之靜電放電保護電路，其中當正電荷所引發之一靜電放電事件發生於該第一軌線時，使得該觸發電路提供該第三電壓讓該第一N型場效電晶體處於一緩開啟狀態，藉以讓該正電荷透過該第一N型場效電晶體導至該第二軌線。
- 如申請專利範圍第7項所述之靜電放電保護電路，當該靜電放電事件發生於該第一軌線時，該第一節點更具有一第四電壓，其中該第三電壓小於該第四電壓。
- 如申請專利範圍第1項所述之靜電放電保護電路，其中該電容裝置係由一第三N型場效電晶體所實現，其中該第三N型場效電晶體之源極、汲極及基極均耦接至該第一軌線。
- 如申請專利範圍第1項所述之靜電放電保護電路，其中該濾波電路為一高通濾波電路。
- 一種半導體元件，包括：一高通濾波電路，用以提供一第一電壓；一靜電放電保護元件；以及一觸發電路，耦接於該高通濾波電路以及該靜電放電保護元件之間，其中當正電荷所引發之一靜電放電事件發生於一第一軌線時，該觸發電路用以提供該靜電放電保護元件小於該第一電壓之一第二電壓，藉以讓該正電荷透過該靜電放電保護元件導至一第二軌線。
- 如申請專利範圍第11項所述之半導體元件，其中該高通濾波電路，包括：一電容裝置，其中該電容裝置之一第一端係耦接至該第一軌線，且該電容裝置之一第二端係耦接至一第一節點；以及一第一電阻，其中該第一電阻之一第一端係耦接至該第一節點，且該第一電阻之一第二端係耦接至該第二軌線；其中該觸發電路包括：一第一N型場效電晶體，其具有一閘極、一汲極及一源極，其中該閘極係耦接至該高通濾波電路，該汲極係耦接至該第一軌線，且該源極係耦接至一第二節點；以及一第二電阻，其中該第二電阻之一第一端係耦接至該第二節點，且該第二電阻之一第二端係耦接至該第二軌線；其中該靜電放電保護元件，包括； 一第二N型場效電晶體，其具有一閘極、一汲極及一源極，該閘極係耦接至該第二節點，該汲極係耦接至該第一軌線，且該源極係耦接至該第二軌線。
- 如申請專利範圍第11項所述之半導體元件，其中該第一軌線耦接一輸入輸出端或一電源供應端，該第二軌線耦接一低位準電源供應端。
- 如申請專利範圍第12項所述之半導體元件，其中該第一N型場效電晶體及該第二N型場效電晶體係以一最小長寬比所實現。
- 如申請專利範圍第11項所述之半導體元件，其中當該靜電放電事件發生於該第一軌線時，該觸發電路提供該第二電壓讓一第一N型場效電晶體處於一緩開啟狀態，藉以讓該靜電放電事件所產生之電荷透過該第一N型場效電晶體導至該第二軌線。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW103106013A TW201533880A (zh) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | 靜電放電保護電路及半導體元件 |
| CN201410252607.9A CN104867910A (zh) | 2014-02-24 | 2014-06-09 | 静电放电保护电路及半导体元件 |
| US14/479,976 US20150245546A1 (en) | 2014-02-24 | 2014-09-08 | Electrostatic discharge protection circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW103106013A TW201533880A (zh) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | 靜電放電保護電路及半導體元件 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201533880A true TW201533880A (zh) | 2015-09-01 |
Family
ID=53883664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW103106013A TW201533880A (zh) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | 靜電放電保護電路及半導體元件 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150245546A1 (zh) |
| CN (1) | CN104867910A (zh) |
| TW (1) | TW201533880A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI587593B (zh) * | 2016-03-22 | 2017-06-11 | 世界先進積體電路股份有限公司 | 積體電路以及靜電放電保護電路 |
| US10177135B2 (en) | 2016-05-18 | 2019-01-08 | Vanguard International Semiconductor Corporation | Integrated circuit and electrostatic discharge protection circuit thereof |
| TWI716939B (zh) * | 2019-07-23 | 2021-01-21 | 世界先進積體電路股份有限公司 | 操作電路 |
| US11355927B2 (en) | 2020-07-22 | 2022-06-07 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Device and method for operating the same |
| US11387649B2 (en) | 2019-09-11 | 2022-07-12 | Vanguard International Semiconductor Corporation | Operating circuit having ESD protection function |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10903646B2 (en) * | 2016-07-26 | 2021-01-26 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Electrostatic protection circuit |
| US10128234B2 (en) * | 2016-11-18 | 2018-11-13 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited | Electromigration resistant semiconductor device |
| US10574066B2 (en) * | 2017-12-04 | 2020-02-25 | Bell Helicopter Textron Inc. | Integrated capacitive discharge electrical bonding assurance system |
| US10965118B2 (en) * | 2018-02-07 | 2021-03-30 | Mediatek Inc. | Over voltage/energy protection apparatus |
| CN109686735A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-26 | 天津大学 | 一种提高电路抗闩锁能力的保护环结构 |
| CN110265393B (zh) * | 2019-06-12 | 2021-03-23 | 珠海市一微半导体有限公司 | 一种基于esd防护电路可靠性的检测控制方法 |
| US11031779B2 (en) * | 2019-06-14 | 2021-06-08 | Ememory Technology Inc. | Memory system with a random bit block |
| CN110231519A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-09-13 | 国网河南省电力公司辉县市供电公司 | 一种静电检测消除装置 |
| CN111474980B (zh) * | 2020-05-14 | 2022-04-15 | 华大半导体有限公司 | 电流镜电路 |
| KR20220108490A (ko) * | 2021-01-27 | 2022-08-03 | 주식회사 디비하이텍 | 정전기 보호 회로 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0851552A1 (en) * | 1996-12-31 | 1998-07-01 | STMicroelectronics S.r.l. | Protection ciruit for an electric supply line in a semiconductor integrated device |
| US5825601A (en) * | 1997-06-16 | 1998-10-20 | Lsi Logic Corporation | Power supply ESD protection circuit |
| US5946177A (en) * | 1998-08-17 | 1999-08-31 | Motorola, Inc. | Circuit for electrostatic discharge protection |
| US6249410B1 (en) * | 1999-08-23 | 2001-06-19 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | ESD protection circuit without overstress gate-driven effect |
| US7929262B1 (en) * | 2001-09-21 | 2011-04-19 | National Semiconductor Corporation | Method and structure for avoiding hot carrier degradation and soft leakage damage to ESD protection circuit |
| AU2002315976A1 (en) * | 2002-03-22 | 2003-10-08 | Freescale Semiconductor, Inc. | Circuit for electrostatic discharge protection |
| US7876540B2 (en) * | 2007-11-21 | 2011-01-25 | Microchip Technology Incorporated | Adaptive electrostatic discharge (ESD) protection of device interface for local interconnect network (LIN) bus and the like |
-
2014
- 2014-02-24 TW TW103106013A patent/TW201533880A/zh unknown
- 2014-06-09 CN CN201410252607.9A patent/CN104867910A/zh active Pending
- 2014-09-08 US US14/479,976 patent/US20150245546A1/en not_active Abandoned
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI587593B (zh) * | 2016-03-22 | 2017-06-11 | 世界先進積體電路股份有限公司 | 積體電路以及靜電放電保護電路 |
| US10177135B2 (en) | 2016-05-18 | 2019-01-08 | Vanguard International Semiconductor Corporation | Integrated circuit and electrostatic discharge protection circuit thereof |
| TWI716939B (zh) * | 2019-07-23 | 2021-01-21 | 世界先進積體電路股份有限公司 | 操作電路 |
| US11387649B2 (en) | 2019-09-11 | 2022-07-12 | Vanguard International Semiconductor Corporation | Operating circuit having ESD protection function |
| US11355927B2 (en) | 2020-07-22 | 2022-06-07 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Device and method for operating the same |
| TWI776354B (zh) * | 2020-07-22 | 2022-09-01 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 靜電放電元件及用於操作靜電放電元件的方法 |
| US11710962B2 (en) | 2020-07-22 | 2023-07-25 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Device and method for operating the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104867910A (zh) | 2015-08-26 |
| US20150245546A1 (en) | 2015-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW201533880A (zh) | 靜電放電保護電路及半導體元件 | |
| TWI297207B (zh) | ||
| US8958187B2 (en) | Active detection and protection of sensitive circuits against transient electrical stress events | |
| US20160141287A1 (en) | Electrostatic discharge protection circuit, structure and method of making the same | |
| US8525265B2 (en) | Electrostatic discharge protection circuit | |
| JP5540801B2 (ja) | Ｅｓｄ保護回路及び半導体装置 | |
| US8248741B2 (en) | Apparatuses and methods for a SCR-based clamped electrostatic discharge protection device | |
| US10879232B2 (en) | Circuit, system and method for electrostatic discharge (ESD) protection | |
| US10600776B2 (en) | Device and method for electrostatic discharge (ESD) protection | |
| KR100971431B1 (ko) | 정전기 보호 장치 | |
| US9331067B2 (en) | BigFET ESD protection that is robust against the first peak of a system-level pulse | |
| TW201322408A (zh) | 靜電放電保護裝置及其方法 | |
| US8964341B2 (en) | Gate dielectric protection | |
| Ker et al. | Latchup-free ESD protection design with complementary substrate-triggered SCR devices | |
| JP6398696B2 (ja) | 静電気保護回路及び半導体集積回路装置 | |
| US10454269B2 (en) | Dynamically triggered electrostatic discharge cell | |
| US10749336B2 (en) | ESD protection circuit with passive trigger voltage controlled shut-off | |
| JP6405986B2 (ja) | 静電気保護回路及び半導体集積回路装置 | |
| CN110400799B (zh) | 一种静电保护电路、半导体集成电路装置及电子设备 | |
| Ker et al. | Native-NMOS-Triggered SCR With Faster Turn-On Speed for Effective ESD Protection in a 0.13-$ rm murm m $ CMOS Process | |
| TWI547096B (zh) | 靜電放電箝位電路 | |
| TWI808399B (zh) | 靜電防護電路 | |
| Saxena et al. | ESD SHIELD FOR ICS: A REVIEW | |
| Yeh et al. | ESD-transient detection circuit with equivalent capacitance-coupling detection mechanism and high efficiency of layout area in a 65nm CMOS technology | |
| CN206148432U (zh) | 一种esd结构及其等效电路 |