TW543179B - Electrostatic discharge protection structures for high speed technologies with mixed and ultra-low voltage supplies - Google Patents

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543179 A7 B7 五、發明説明 交互參考 本專利申請案主張以下美國臨時申請案之優先權：申請 序號第60/276,415號，於2001年3月16日提出；第 6〇/276,416號，於2001年3月16日提出；序號第60/276,424 號’於2001年3月16日提出；以及序號第6〇/3 1 8,548號，於 2001年9月1 1日提出；在此以引用的方式併入本文。 發明範疇 本發明主要有關靜電放電（ESD )保護電路之範疇，並且 更特別地’有關積體電路（IC)保護電路内之矽晶控制整流 咨（SCR)及N型金氧半導體（NM0S)電路的改良。 發明背景 β細體電路（1C)技術不斷進步，導致可使用較低的供應電 壓啟動積體電路。較低的供應電壓有助於處理所引起的熱 載把，及積體電路筹命受限等的問題。需使用很薄的閘極 氧化物’才㊉將積體電路設計成能接受較低的供應電壓。 :閘極氧化物的厚度會影響所產生的驅動電流量。該閘極 氧化物層』薄所產生的驅動電流愈多，連帶增加該電路 :速度：讓氧化物(例如，二氧切)的厚度可能小於3 丁、不並且技#r更加進步後，將使該問極氧化物的厚度減 至更薄。較低的供應電壓也能使我們以非常低的維持電壓 ⑴1 1,5到2·0伏特）使用石夕晶控制整流器（SCR)，而不會 產生問鎖（UUh-up)的風險。使用結合低供應電壓的較^ 閘極氧化物層需要極端 、 暫態電壓。 -限制在靜電放電(ESD)的情況下的 本紙張尺度制巾_ $:料(CNS) 543179 A7 五、發明説明 山使用很薄的問極氧化物會產生一個問題，因為該氧化物 崩潰電壓小於激發靜電放電（ESD)保護電路的界面崩潰電 壓（例如’、6到9伏特），該靜電放電（ESD)保護電路例如矽 晶控制整泥器（SCR)或N型金氧半導體（N金氧半導體）裝 置。例如’可能使用一已接地的閘極矽晶控制整流器 (GGSCR)以&供（1/〇)焊塾的靜電放電（esd)保護。提供該 矽晶控制整流器（SCR)觸發電流的接地的閘極矽晶控制整 流器（GGSCR)界面崩潰電壓約在咖伏特之間。隨著技術 進步，該氧化物的厚度已可減至3奈米以下，該閘極氧化物 在開啟及高電流定位電壓大於4到6伏特時會受到損害。 因而，需要一種具有較低的觸發電壓、維持和定位電壓 的靜電放電（ESD)保護裝置，保護該閘極氧化物於開啟和 運作時免於遭受損害。 發明概要

裝

在具有保護電路的半導體積體電路（IC)中，以靜電放電 (ESD)保護電路的各種具體實施例克服在此之前與先前技 蟄有關的缺點。在一具體實施例中，該靜電放電（ESD)保 瘦包路包括一焊墊，適於連接至該積體電路的保護電路節 點’以及一靜電放電（ESD)保護裝置，耦合於該焊墊和接 地之間。一二極體開啟裝置依向前傳導的方向從該焊墊耦 合至該靜電放電（ESD )保護裝置的第一閘極。 在第二具體實施例中，在具有保護電路和複數個混合供 應電壓線的半導體積體電路中’一靜電放電（ESD)保護電 路，包括一矽晶控制整流器（SCR )，其陽極耦合至第一電 -6 - 本紙俵尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公聲） 543179 A7

壓供應線；並且陰極耦合至接地。寄生電容將每一條電壓 =應線耦合至該接地陰極。隨選地，一個以上的維持二極 ^依向前傳導的方向從第一電壓供應線耦合至該矽晶控制 整泥器（SCR)的陽極。隨選地，一個以上的觸發器二極體 依向糾傳導的方向從該第二觸發器閘極構合至一第二電麼 供應線。 装 如下逑，此二具體實施例以及其它各種具體實施例，為 積體電路的保護電路提供靜電放電（ESD)保護，以致於該 一極體開啟裝置提供較低的觸發、維持和定位電壓，這些 電壓能保—護該閘極氧化物，使其在該靜電放電（esd)情況 的開啟和運作時免受損害。 圖式簡單說明 圖1撝述概要方塊圖，代表具有超低開啟電壓裝置的積 體電路（ic)之靜電放電（ESD)保護電路； 圖2描述靜電放電（ESD)保護裝置之電流和電壓特性圖；

圖3到19描述併入圖}該通用的靜電放電（esd)保護電路 教義的靜電放電（E S D)保護電路之各種具#施例概要 圖20描述用於具有混合供應電壓之積體電路的靜電 放電（ESD)保護電路概要圖； 私 一圖描述具有降低寄生電容之本發明靜電放電⑽ 獲電路概要方塊圖； 圖22到24描述併入圖2 1該通用具體實施例教義之各種且 體實施例概要圖； 〃 本紙張尺度通用中國國家標準(CNS> A4規格（210: 543179 A7 ___ B7_ 五、發明説明（4 ) 圖25描述以矽晶控制整流器（SCR)開啟二極體充當達靈 頓（Darlington)電晶體幫浦的靜電放電（ESD)保護電路概要 圖； 圖26描述該靜電放電（ESD )保護電路302溫度補償觸發器 裝置的概要圖； 圖27描述一多指銷二極體開啟矽晶控制整流器（DTSCR) 靜電放電（ESD)保護裝置的概要圖，該每一個二極體開啟 石夕曰日控制整流务（DTSCR)指銷具有電流鏡（current mirrored) 觸發器； 圖28到30描述一矽晶控制整流器（SCR)互補輸入保護電 路之各種具體實施例概要圖； 圖3 1描述具有本發明濟納（Zener)二極體觸發器裝置之碎 晶控制整流器（SCR)橫斷面圖；及 圖32描述具有互補矽晶控制整流器（SCR)開啟達靈頓 (Darlington)電晶體幫浦之靜電放電（ESD)保護電路概要 圖。 為促進了解，儘可能使用相同的參考號碼以表示圖中共 同的相同元件。 發明之詳細敘述 係參考互補式金氧半導體裝置敘述本發明。然而，熟諳 此蟄者將了解到可選擇不同的摻雜類型並且調整濃度，使 本發明能應用於雙極式（Bipolar)、雙極互補式金氧半導體 (BlCM〇S)、碎鍺/雙極互補式金氧半導體（SiGe/BiCM〇s) 及其它易因靜電放電（ESD)受到損害的處理。本發明包括 本紙悵尺度適用中國國家標率(CNS) A4規格（210 κ 297公釐） 543179 A7 B7 五、發明説明（5 具有開啟電壓、維持電壓和高電流定位特性的靜電放電 (ESD)保謾裝置的各種具體實施例，以致於能適當地限制 靜電放電（ESD)暫態電壓，而不致損害閘極氧化物或其它 脆弱的半導體裝置。 圖1描述積體電路（1C) 1〇〇的靜電放電（ESD)保護電路ι〇2 概要方塊圖。該概要圖示描述耦合至該積體電路丨〇〇保護節 點和積體電路焊墊104的靜電放電（ESD)保護電路1〇2。該 焊墊104可為一輸入焊墊，和輸出焊墊，或供應焊墊，並且 搞合至低電壓開啟（亦即，”觸發，，）裝置1〇8和例如矽晶控制 整流器（§CR)或N型金氧半導體裝置的靜電放電（ESD)保護 裝置106。該靜電放電（ESD)保護裝置ι〇6係耦合至接地 1 12 °該靜電放電（ESD)保護裝置106具有耦合至該觸發器 裝置10 8的開啟終端（例如，閘極（未顯示））。可隨選地將一 分流通路110耦合於該觸發器裝置1〇8和接地112之間。該觸 發器裝置108和靜電放電（ESD)保護裝置1〇6(例如，矽晶控 制整流器（SCR)) —起做為在積體電路1〇〇上也耦合至該焊 塾1 04的電路（未顯示）的保護裝置1 〇2。 特別是，該觸發器裝置108和靜電放電（ESD)保護裝置 106使該積體電路免於遭受可能發生在該焊墊1〇4的靜電放 電（ESD)。開啟時，該靜電放電（ESD)保護裝置1〇6充當分 流’將任何靜電放電（ESD)電流從該焊墊1 04重新引導至接 地1 1 2。該觸發器裝置1 08開啟（亦即，，’觸發”）該靜電放電 (E S D )保護裝置1 〇 6，以迅速分散電流，並且如此做可避免 發生如在以下每一個具體實施例中將詳細討論的過電壓靜

___— - 9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐) 543179 A7 ____B7 五、發明説明（β ) 電放電（ESD)情況。 圖2描述本發明該靜電放電（ESD)保護裝置1〇2之電流和 廷壓特性2 0 0的圖。該圖包括代表該靜電放電（μ D )保護裝 置1 02電流特性的縱座標202，和代表該靜電放電（ESD )保 濩裝置1 02電壓特性的橫座標204。該電壓特性由特定電廢 足義，分為三個區域。特別是，代表較低供應電壓的第一 區域206，其電壓範圍在〇到15伏特之間。代表該靜電放電 (ESD)保護裝置1{)2的第二區域2〇8，其維持電壓範圍在15 到6伏特之間。代表過電壓情況的第三區域21〇，其能損害 4靜黾方£ % ( E S D )保護裝置1 〇 2的閘極氧化物的電壓暫態範 圍約在例如6到9伏特之間。 分別以線型2 12和2 14表示此二先前技藝N型金氧半導體和 矽晶控制整流器（SCR)保護裝置的電流和電壓（ίν)特性。 此二先前技藝靜電放電（ESD)保護裝置具有觸發電壓，在 該過電壓範圍210内發生（例如，先前技藝線型212和214的 轉折部份220)，此過電壓可能損害該靜電放電（ESD)保護 裝置102的閘極氧化物層。該矽晶控制整流器（SCR)和n型 金氧半導體保護裝置二者的觸發電壓值相近（例如，7到9伏 特）。然而，該矽晶控制整流器（3〇11)裝置的維持電壓（15 到小於5伏特）小於該N型金氧半導體保護裝置（約5伏特）的 維持電壓。 如將在有關圖3到19所描述的具體實施例中討論的，該創 新靜電放電（ESD)保護裝置1〇2具有低於該問極崩潰電壓 (亦即，6到9伏特）的觸發和維持電壓，該崩潰電壓會損害 - -- _ …―__，10 - 本紙張尺度適用中國國家標準(C NS) Λ4規格（210 X 297公赘）

543179 A7 ________ B7 五、發明説明（ ） 孩靜電放電（ESD)保護裝置102的閘極氧化物。特別是，此 創新邊笔放電（E S D )保謾裝置1 0 2的觸發電壓降至1 · 5到6 伏j的可各忍範圍之内。此外，該維持電壓（使該靜電放電 保護裝置維持在導電狀態所需的最小電壓）也落在可容忍電 C範圍内，以致於對該閘極氧化物的損害也減至最小。例 女、’泉』2 1 8所表示的該碎晶控制整流器（$匸r )保護裝置， 其觸發和維持電壓範圍皆在6伏特以下。類似地，線型216 ^表7^的涊^^型金氧半導體保護裝置，其觸發電壓低於6伏 特，係在可容忍範圍内，然而其高維持電壓則稍微高於6伏 特。 ” =3到19描述本發明之耦合至二極體開啟觸發器裝置ι〇8 勺#黾放黾（£3〇)保護裝置106概要圖。圖3到19内具體實 $例之該靜電放電（ESD)保護裝置1〇6，能在如圖2電流^電 壓（ι/v)特性圖所示的1.5到6伏特的低電壓下觸發和保護該 I C電路。 圖3描述靜電放電（ESD)保護裝置3〇2之第一具體實施例 Μ ® 1別是’圖3為描述本發明之二極體開啟碎晶控制 整流器（DTSCR)保護裝置逝概要圖。該二極體開啟碎晶控 制整流器(DTSCR) 302包括一二極體開啟("觸發")裝置308 和一碎晶控制整流器（SCR) 306，—起做為積體電路 uc)刚上的電路的保護裝置302。該二極體開啟石夕晶控制 整流器（DTSCR)保護裝置302使⑴電路不會受到可能發生 在焊墊104(係耦合至該IC電路)上的靜電故電(esd)。；啟 時，該石夕晶控制整流器（SCR)遍充當—分流，將任何靜雷 — __-11- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（2L0X 297公釐）

k 543179 A7 ___B7 五、發明説明（~~) ^ 放電（ESD)電流從該焊墊1〇4重新？丨導至接地。該二極體開 啟觸發咨裝置308開啟（亦即”觸發該矽晶控制整流器 (S C R ) 3 0 6 ’以避尤過電壓靜電放電（e $ d )情況。 參考圖3之概要圖，該矽晶控制整流器（S(：R)保護裝置 306係概要圖示為一 NPN電晶體丁！ 31〇和一 pNp電晶體T2 3 1 2，如先七技蟄所週知。該ρΝρ電晶體Τ2 3丨2的射極形成 該矽晶控制整流器（SCR) 306的陽極322，連接至該焊螯 104。該PNP電晶體T2312的集極連接至第一節點 336，該節 點也連接至ί亥NPN電晶體T13 10的基極，以及電阻Rsub341 的一側。第一節點3 3 6包括該ΝΡΝ電晶體τ 1 3 1 0的第一觸發 器閘極G 1。電阻Rsub 341的另一側連接至接地丨丨2，充當該 石夕晶控制整流器（SCR)306的陰極。該電阻Rsub34i代表在該 矽晶控制整流器（SCR)306的NPN電晶體T1 3 10的基極内的 本質基材阻抗，係由區域基材緊密耦合至接地丨12所形成。 此外，該NPN電晶體Τ1 3 10的射極也連接至該接地陰極 112。第二節點334包括該PNP電晶體T2 312的基極和NPN電 晶體T1 3 10的集極。該第二節點334也包括將隨選第二觸發 器閘極G2與該PNP電晶體T2 3 12耦合。為詳細了解說明性 石夕晶控制整流器（SCR)和各別觸發器閘極的佈局和橫斷面 應用’讀者可參考美國專利申請案序號第1〇/〇〇7,833號， 於200 1年1 1月5日提出申請’在此以引用的方式併入本文 中。 一分流電阻1 1 0也從第一節點336耦合至接地1 1 2。該分流 電阻1 10外接於該矽晶控制整流器（SCR)電晶體31〇和T2 ____- 12 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 543179 A7 B7 五、發明説明（~~ 3 1 2 ’並且以並聯於該沙晶控制整流器（s c R ) 3 0 6的P型基材 的本質阻抗R sUb 34 1的方式提供。在一具體實施例中，該電 阻110係以碎氧化物阻隔（silicide-blocked)多晶碎製造，並 且以阻抗值（例如，1到10什歐姆）選擇，此阻抗值低於該原 有的基材阻抗Rsub 341。該電阻1 1 〇做為分流，將少量電流 導引至接地112。因而，電阻11〇為該觸發器裝置3〇8和接地 112之間不想要的洩漏電流提供一通路，否則該洩漏電流可 能意外觸發該矽晶控制整流器（SCR) 302。此外，該電阻 11 0將控制該秒晶控制整流器（SCR) 306所謂的觸發和維持 電流。 β觸發器裝置308包括許多串聯連接的二極體ds(其中3為 大於0的整數）耦合於該陽極322和第一節點336之間，該節 點包括I^PNP電晶體T2 312的集極和該NPN電晶體T1 31〇的 基極。該二極體1>5為例如形成該二極體鏈32〇的三個向前偏 壓η型井二極體。在該二極體鏈32〇内，第一二極體h的陽 極耦合至焊墊104,而最後二極體（例如，d3)的陰極耦合至 f 一節點336(亦即，觸發器閘極Gl)。在該二極體鏈32〇内 每一個二極體Ds的向前偏壓電壓通常約為〇·7伏特。 運作上，包括該ΝΡΝ和ΡΝΡ電晶體Tl 31〇和仞312的保護 陡矽日日控φιΙ整泥咨（SCR)電路3〇6，在該陽極322和接地陰 極112之間不會導電。亦即，由於未施加高壓（例如，靜電 放電（ESD)電壓）於該焊墊1〇4，因而該矽晶控制整流器 (,11) 306是關閉的。在該焊墊1〇4上反而只出現該固定信 號或該積體電路的運作電壓。只有在靜電放電（esd)情況 本紙張尺度㈣悄㈣鮮(CNS)A4規格Γ2_·ι()χ挪公發) 543179 A7 ___ B7 五、發明説明（1〇 ) 導致焊塾1 0 4產生過電壓時，在該二極體鏈3 2 〇内的二極體 D s開始導通相當大的電流。 特別是，一旦該二極體鏈320内穿過每一個二極體的電壓 降約為0.7伏特，該二極體即向前偏壓。由於在該二極體 鏈3 2 0内係概要圖示三個二極體，因此穿過該二極體鏈3 2 〇 的黾壓須為2 · 1伏特’以將該鍵3 2 0内所有三個二極體d s向 前偏壓。 由於該分流電阻110係與該基材阻抗Rsub341(通常具有較 大的阻抗）並聯，大部份的電流會先流經該分流電阻i丨〇。 然而，部份流經該二極體鏈320的電流流入該矽晶控制整流 器（SCR)306的觸發裔閘極G1 336。一旦穿過該分流電阻 1 1〇(和該基材Rsub的並聯本質阻抗）的電壓降達到約〇.7伏 特，開啟該NPN電晶體T1 3 10(亦即，觸發）。特別是，該 NPN電晶體T1 310的基極至射極二極體係向前偏壓。如此 一來，該NPN電晶體T1 310開始導電。該1^!^電晶體T1 31〇 的集極提供載體至該PNP電晶體T2 312的基極，而該基極開 啟該PNP電晶體T2 3 12。因而，圖3的二極體開啟矽晶控制 整流咨（DTSCR) 302在陽極322和接地1 π之間的開啟電壓約 為2.8伏特（該二極體鏈320為2·1伏特，而基極至射極二極體 約為+ 0.7伏特）。一旦该矽晶控制整流器（SCR) 3 〇6的電晶 體T 1 3 1 0和T2 3 1 2二者皆被開啟，該矽晶控制整流器 (SCR ) 3 06的再生情況處理使得該靜電放電（ESD)電流能迅 速分流至接地1 1 2。 參考圖2，線型21 8顯不約2,8伏特的電壓會將該矽晶控制 I- 14 - 本紙張尺度適州中國國家標準(CNS) A4規格（幻()x 297公釐）

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543179 A7 B7 五、發明説明（”） ~ 整流器（SCR) 306開啟（亦即，觸發）至導電狀態，該矽晶控 制整況器（SCR) 3 06在維持電壓約15V和較高電流的定位電 壓在1.5到6伏特範圍之間時將持續導電。因而，該矽晶控 制整況器（SCR) 3 06的觸發和維持/定位電壓小於先前技藝 的6到9伏特範圍，在該範圍内的電壓對積體電路1 〇〇的閘極 氧化物會造成損害。 圖4描述本發明該靜電放電（ESD)保護裝置402之第二具 體貫施例概要圖。特別是，圖4描述該二極體開啟矽晶控制 整泥咨（DTSCR)保護裝置402的概要圖。除了該矽晶控制整 流器（SCR)係以分離的p型井處理製造，以及該基材電阻 341在第一節點336和接地n2之間並未耦合之外，該二極體 開啟石夕晶控制整流器（SCR)保護裝置402的架構與圖3的二 極體開啟矽晶控制整流器（DTSCR)保護裝置302相同。此 外’在第一節點336和接地i 12之間的多分流電阻丨1()也未耦 合。此外，該二極體鏈32〇内需要一個較圖3該二極體鏈32〇 所使用的二極體還小的二極體。在圖4，該二極體開啟裝置 408的二極體鏈32〇包括二個二極體Ds。 觸發該二極體開啟矽晶控制整流器（DTSCR)保護裝置402 的石夕晶控制整流器（SCR) 3 06二極體開啟電壓較圖3該第一 具體實施例302的二極體開啟電壓為低。特別是，發生在該 焊塾104的靜電放電（ESD )情況（對接地丨丨2來說是帶正電的） 將該二極體鏈320内的二個二極體〇3向前偏壓約1.4伏特。 此外’ 一旦形成基極至射極二極體Dn的該NPN電晶體T1 3 1 0的基極至射極界面上升至約〇 7伏特，則該基極至射極 ___ _- 15 - 本紙張足度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 543179 A7 __ B7 五、發明説明（12 ) 二極體D n向前偏壓並且導通電流，連帶觸發該矽晶控制整 流器（SCR) 306。因而，與觸發圖3該二極體開啟矽晶控制 整泥器（DTSCR)保護裝置302(該二極體鏈320内具有額外的 一極體和分況電阻1 1 〇)所需要的2 ·8伏特相較，該二極體開 啟矽晶控制整流器（DTSCR)保護性裝置402的矽晶控制整流 為（SCR) 306在陽極322和接地1 12之間約2· 1伏特時即觸發。 圖5描述本發明靜電放電（ESD)保護裝置502之第三具體 實施例概要圖。特別是，圖5描述該二極體開啟矽晶控制整 流器（DTSCR)保護裝置502的概要圖，以致於該第二節點 334在N型井中具有一個以上的n +觸發器區段，而形成觸 發器閘極G 2。在此第三具體實施例中，該觸發器閘極〇 2係 經由電阻504耦合至該最大可得電壓，亦即該焊墊1〇4。透 過提供高電位至該矽晶控制整流器（SCR) 306w N型井，該 焊塾104和電阻504將該PNP電晶體T2 312完全關閉而確保洩 漏電流減少。此外，將該觸發器閘極G2耦合至焊墊1〇4也 增加該矽晶控制整流器（SCR) 306觸發和維持電流，以避免 閂鎖（latch-up)的情況發生。該電阻504可為該N型井在一 個以上N +觸發器區段和該矽晶控制整流器（SCR) 3〇6的pnp 電晶體3 1 2的基極之間的本質阻抗。該電阻5〇4或可為該n 型井和/或一外接電阻的阻抗，該外接電阻係位於第一節點 3 34的終端（亦即，觸發器閘極g2)和該焊墊ι〇4之間。此第 三具體實施例的觸發與圖3該二極體開啟矽晶控制整流器 (DTSCR)的觸發類似。 圖6描述本發明該靜電放電（ESD)保護裝置6〇2之第四具 ---------- - 16 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CMS) A4規格（210 X 297公釐） 543179 A7 B7 五、發明説明（13 ) 體實施例概要圖。特別是，圖6描述該二極體開啟矽晶控制 整流器（DTSCR)保護裝置602的概要圖，其中該二極體開啟 矽晶控制整流器（DTSCR) 602與圖3的二極體開啟矽晶控制 整流器（DTSCR)保護裝置302相同，只除了前者在該第二節 點3 34的觸發器閘極G 2係耦合至帶正電的供應電壓VDD 6〇4。在該矽晶控制整流器（SCR) 306的N型井内提供較大的 N +摻雜區域，鄰接該N型井内所形成的P +掺雜區域，充當 該矽晶控制整流器（SCR) 306的陽極322。 該N型井内的P +區域有二種功能。首先，該P +到N型井 界面形成!該PNP電晶體T2 3 1 2的射極至基極二極體D p。其 次，該P +區域和鄰接的高摻雜N +區域也形成該PNP電晶體 T2 3 12内較大的射極至基極二極體Dp，連接至該帶正電的 供應電壓VDD 604。通常需將該二極體Dp耦合至VDD 604 以涵蓋其它靜電放電（ESD)壓力類型和極性。在該矽晶控 制整流器（SCR) 306内加入二極體Dp可避免實現較浪費區域 的單獨二極體。此第三具體實施例的觸發與上述有關圖3的 二極體開啟矽晶控制整流器（DTSCR) 302觸發類似。此外， 類似圖5的第三具體實施例，透過將高電位提供至該矽晶控 制整流器（SCR) 306的N型井，該供應電壓VDD 604將該 PNP電晶體T2 3 12完全關閉而確保洩漏電流減少。此外，將 該觸發器閘極G2耦合至供應電壓VDD 604也增加該矽晶控 制整流器（SCR) 306觸發和維持電流，以避免閂鎖（latch-up) 的情況發生。 圖7描述本發明該靜電放電（ESD)保護裝置702之第五具 -17 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 543179 A7 B7 五、發明説明（14 ) 體實施例概要圖。特別是，圖7描述該二極體開啟矽晶控制 整流器（DTSCR)保護裝置702的概要圖，其中該二極體開啟 矽晶控制整流器（DTSCR)保護裝置702與圖3的二極體開啟 矽晶控制整流器（DTSCR)保護裝置302相同，只除了前者有 一個以上的觸發器二極體D s耦合於PNP電晶體T2 3 1 2的觸 發器閘極G2和NPN電晶體T1 310的觸發器閘極G 1之間。 特別是，在該二極體鏈320内利用二個二極體704和 706(亦即，Ds)。該二極體704和706依向前導通的方向串聯 耦合，以致於第一二極體704的陽極係耦合至該第二節點 334的觸i器閘極G2，而該第二二極體706的陰極則耦合至 該第一節點336的觸發器閘極G 1。在該二極體鏈320放置二 個二極體704和706使實現較精簡，並且以降低界面電容稍 微減輕該焊墊1 04的電容負載。 在該焊墊1 04發生靜電放電（ESD )的情況時，必須向前偏 壓四個二極體，使該矽晶控制整流器（SCR) 306導電並做為 至接地1 1 2的分流。特別是，該PNP電晶體T2 3 12的射極至 基極界面形成該二極體鏈320内的第三二極體Dp，而該NPN 電晶體T1 3 1 0的基極至射極界面則形成該二極體鏈320内的 第四二極體D η。已注意到，從該焊墊1 04的觀點來看，該 ΡΝΡ電晶體Τ2 3 1 2射極至基極界面所形成的第三二極體D ρ 實際上是二極體鏈320内第一二極體。一旦該二極體鏈320 内的這四個二極體皆向前偏壓，即觸發該矽晶控制整流器 (SCR) 3 06並且接著將該靜電放電（ESD)電流分流至接地 1 1 2。已注意到在此第五具體實施例中，在陽極322和接地 -18 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Λ4規格（210X 297公釐） 543179 A7 B7 五、發明説明（15 ) 112之間的矽晶控制整流器（SCR)開啟電壓約為2 8伏特。此 外，该矽晶控制整流器（SCR) 306的維持電壓約為i 5伏特， 如圖2所示。如此一來，該觸發和維持電壓會在靜電放電 (ESD)壓力時適當保護閘極氧化物及其它脆弱的半導體裝 置。 ’ 圖8描述本發明該靜電放電（ESD)保護裝置8〇2之第六具 體實施例的概要圖。特別是，圖8描述本發明二極體開 型金氧半導體（DTN金氧半導體）保護裝置8〇2的概要圖。在 此第六具體實施例中，該二極體開啟DTN金氧半導體保護 裝置802的架構類似於圖3的二極體開啟矽晶控制整流器 (DTSCR)保護裝置302，只除了前者係使用N型金氧半導體 裝置804來取代矽晶控制整流器（Scr) 306。 特別是’該串聯連接的開啟二極體320係以向前偏壓的方 向輕合於該焊墊104和該N型金氧半導體裝置8〇4的閘極之 間。更特別地，該二極體鏈320中第一二極體812的陽極係 耦合至該焊墊104，而該二極體鏈320中最後二極體814的陰 極則搞合至遠N型金氧半導體裝置8 0 4的閘極。每一個二極 體係形成於單獨的N型井内，連帶使電位與該共同的p型基 材隔離。可變動該二極體鏈320内的二極體Ds的尺寸以容納 較低的電流，在該烊塾1 04的名目電壓的最大電流約為1 〇奈 安培，以及包含該積體電路100的整個運作溫度範圍。 分泥電阻11 0的一端也摘合至該N型金氧半導體裝置8〇4的 閘極。如此一來，該N型金氧半導體裝置的閘極、該二極 體鏈320内的最後二極體8 14和該分流電阻1 1〇—起定義第一 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 装 訂

▲ 543179 16 五、發明説明（ 印點810。該分流電阻110的另一端則輕合至接地112。該分 =電阻1_阻抗腳在im〇Kohms之間。在範例具體實 犯例中，孩二極體鏈320内有三個二極體Ds。然而，二極體 Ds的數目可㈣’只要在正常電路情況下，在該焊整刚的 取大電昼不會經由該二極體鏈32q和該分流電阻而對接 地1 12造成相當大的電流洩漏(例如，高於⑽奈米）。通 常’孩二極體鏈320内的二極體^絲不應超過4或5個二極 體。在正常運作情況下’該二極體鍵32〇中穿過每一個二極 體的-般電壓降約在(^狀樣特之間，以便使該⑧漏電流 很低。在靜電放電(ESD)情況下’該二極體鏈32〇内穿過每 一個二極體的電壓降通常為0.7伏特。 SN土至氧半導體裝置8〇4的汲極係耦合至該焊墊Η#，而 該N型金氧半導體裝置8〇4的源極則棋合至接地ιΐ2。圖純 圖示屬於該N型金氧半導體裝置，_部份的寄生NPN電晶 體_。特別是’形成該N型金氧半導體裝置_的汲極和 源極的N+摻雜區域也分別形成該寄生ΝρΝ€^8()6的集 =和射極’而該Ρ型基材則形成該寄生_電晶體嶋的基 产發生於該焊墊104的靜電放電（ESD)情況開啟了該Ν型金 氧半導體裝置’，以致㈣成約Q7伏特的電壓降，在該 二極體鏈320内穿過每-個二極體。—旦該二極體鏈32〇^ 的二極机向前偏壓’該二極體Ds導電且電流流至分流電 阻1 10。穿過該分流電阻丨1〇的電壓上升超過該N型金氧半 導體裝置804的閘極門檻電壓（例如，〇5伏特）時，開啟該n 度制f目®家純CNS) A械格(21G X 297公董） 543179 A7 B7 五、發明説明（17 ) 型金氧半導體裝置804，連帶使電流分流至接地1 1 2。特別 是，該電流從汲極流出，並且經由N型金氧半導體裝置804 的源極流至接地1 1 2。此外，該寄生NPN電晶體806經由其 集極和射極將電流導通至接地1 1 2。如此一來，該N型金氧 半導體裝置804(跟該寄生NPN電晶體806 —起）將電流從焊 墊104分流至接地112。已注意到，以該二極體鏈320將N型 金氧半導體裝置804的閘極偏壓，有助於降低該寄生NPN電 晶體806的觸發電壓，以及在有多個N型金氧半導體焊墊的 情況下提供一致性的觸發。 也可能將一隨選的限制器二極體808耦合至第一節點8 1 0 和接地1 1 2。特別是，該限制器二極體808係依向前傳導的 方向從該N型金氧半導體裝置804的閘極耦合至接地1 12。 該限制器二極體808確保在閘極的電壓不會超過一電位，該 電位結合靜電放電（ESD)運作時在金氧半導體裝置内流動 的高電流，會對閘極氧化物造成熱載子損害。特別是，該 限制器二極體的向前偏壓電壓約為0.7伏特，也高於該0.5伏 特的閘極門檻電壓。 圖9描述本發明該靜電放電（ESD)保護裝置902之第七具 體實施例概要圖。特別是，圖9描述該二極體開啟N型金氧 半導體（DTN金氧半導體）保護裝置902的概要圖，其中該二 極體開啟D T N金氧半導體保護裝置9 0 2類似於圖8的D T N金 氧半導體保護裝置802。然而，係使用該寄生NPN電晶體 806取代N型金氧半導體裝置804的閘極，做為開啟該N型金 氧半導體裝置804的觸發點。 -21 - 本紙張尺度遴用中國國家標準(C NS) A4規格（210 X 297公釐） 543179 A7 ___ B7 五、發明説明（一~) ^ -—一 特別是’該N型金氧半導體裝置8〇4的閘極係耦合至接地 Π 2，以關閉任何金氧半導體電流。此外，該二極體鏈32〇 不但耦合至該寄生NPN電晶體806的基極，也經由該分流雷 阻1 10耦合至接地1 12。圖示的該基材本質阻抗Rs^341則以 與分流電阻1 1 0並聯的方式耦合至接地丨1 2。 在發生於該焊墊104的靜電放電（ESD)的情況下，該二極 體鏈320内的二極體Ds導電，並且電流流經分流電阻丨1()。 咸一極fa鏈3 2 0内的一極體d s每一個皆向前偏壓約〇 · 7伏 特。當穿過該分流電阻1 1 〇的電壓上升至超過該寄生NpN電 晶體806的基極至射極向前偏壓電壓（例如，〇·7伏特），該 寄生ΝΡΝ電晶體806開啟（亦即，導通），連帶使電流從集極 經由射極而流^至接地1 1 2。如此一來，利用該ν型金氧半導 體裝置804(與該寄生ΝΡΝ電晶體806 —起），使電流在觸發 電壓約2.8伏特和維持電壓約5伏特的情況下從該焊墊1〇4分 流至接地1 12。 圖10到12描述本發明各種互補靜電放電（ESD)保護裝置 具體實施例。在每一個這些具體實施例中’該觸發器裝置 3 08係韓合於石夕晶控制整流器（s CR) 3 06的PNP電晶體T2 3 12 的觸發器閘極G2 3 34和接地1 12之間，而不是耦合於該焊墊 1 04和矽晶控制整流器（SCR) 306的NPN電晶體T2 3 10的觸發 器閘極G 1 336之間。 特別是，圖1 0描述一二極體開啟矽晶控制整流器（DTSCR) 保護裝置1 002的概要圖’該裝置包括該矽晶控制整流器 (SCR) 306和該觸發器裝置308。該矽晶控制整流器（SCR) _- 22 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公資） 543179 A7 _________ B7 五、發明説明（19 ) 3 06與上述其它具體實施例内的矽晶控制整流器（S(：R)相 同’具有第一和第二觸發器閘極G 1和G 2。已注意到，該N 型井係浮動的，以便不會有本質N型井阻抗Rnwell。也注意 到’未利用如圖4該具體實施例402中的分流電阻1 1 〇。 遠觸發器裝置308包括由串聯連接二極體d s所形成的該二 極體鏈320，這些二極體Ds係耦合於該第二節點334的觸發 器閘極G2和接地丨12之間。如此一來，此第八具體實施例 1002可視為圖4該第二具體實施例4〇2的互補，前者的觸發 器裝置3 08係摘合於烊塾1 〇4和NPN電晶體T1 3 1 0的觸發器 閘極G 1的第一節點336之間。 孩二極體鏈32〇包括二個二極體Ds，從該觸發器閘極 334向前偏壓至接地112。該焊墊1〇4發生靜電放電（esd)情 況時，該PNP電晶體T2 312的射極至基極界面做為二極體 Dp，並且開始導電。該二極體鏈32()内的二極體比也開始 導電，且電泥泥至接地1丨2。一旦穿過該pNp電晶體T2 3 i 2 的射極至基極二極體Dp以及該二極體鏈32〇内每一個二極 體〇5的電壓電位升至約〇.7伏特時，該？1^?電晶體丁2312的 射極至基極二極體Dp和該二極體鏈32〇内的二極體β$皆向 則偏壓。電流從該射極流至PNP電晶體_丁2 3丨2的集極（也是 該ΝΡΝ電晶體T1 310的基極），以觸發該矽晶控制整流器 (SCR) 306的再生情況處理。 穿過孩二極體鏈320(例如，在該觸發器閘極〇2和接地之 間具有二個二極體Ds)所產生的電位約為14伏特，而穿過 該PNP電晶體T2 3丨2的射極至基極的電壓降約為〇7伏特。 __!___ - 23 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210X 297公梦） 543179 A7 _______B7 五、發明説明（2〇 ) 因而’違P N P電晶體τ 2 3 1 2的射極至基極二極體D p和二極 體鏈320達到約2·丨伏特時，會觸發該矽晶控制整流器 (SCR) 306的PNP電晶體T2312。參考圖2，該觸發電壓和維 持電壓二者皆低於該電壓區域2 10(亦即，小於6伏特），該 電壓區域對該閘極氧化物會造成損害（例如，具有催毁 性）。 圖1 1描述本發明該靜電放電（ESD)保護裝置丨102之第九 具體實施例概要圖。特別是，圖丨丨描述該二極體開啟矽晶 控制整流器（DTSCR)保護裝置1102的概要圖，其中該二極 體開啟矽晶控制整流器（DTSCR)保護裝置1102除了電阻504 鶴合於焊塾104以及在第二節點334的PNP電晶體T2 312的觸 發器閘極G2之外，餘皆與圖1〇的二極體開啟矽晶控制整流 奈（DTSCR)保護裝置1〇〇2相同。該電阻504如圖5所討論 的，為η型井的本質阻抗。特別是，該觸發器閘極〇 2係經 由電阻504轉合至該最大可能電壓，亦即該焊塾1 〇4。透過 將南電位提供至該矽晶控制整流器（SCR) 306的Ν型井，該 焊塾104和電阻504將ΡΝΡ電晶體Τ2 3 12完全關閉而確保洩漏 電流減少。 違觸發器裝置308在二極體键320内包括三個二極體d 。 在該焊塾104發生靜電放電（ESD)情況時，該ΡΝΡ電晶體Τ2 3 12的射極至基極充當一二極體Dp，並且向前偏壓約ο.?伏 特。在該二極體鏈320内的二極體D s也開始導電。一旦穿過 该二極體鏈3 2 0内的每一個二極體D s的電位上升至約〇 7伏 特，該二極體鏈320内的二極體Ds也向前偏壓。如此一來， -24 - 本紙張尺度適用中國國家標準< CNS) A4規格（210 X 297公釐） 543179 A7 ___ — _ B7 五、發明説明（21 ) 穿過該二極體鏈32〇所產生的電壓降約為21伏特。因而， 一旦在該陽極322和接地1 12之間的電壓達到約2.8伏特，將 斶發孩矽晶控制整流器（SCR)3〇6W pNp電晶體丁2 3丨2。參 考圖2 ’該觸發電壓和維持電壓二者皆低於（亦即，小於6伏 特）對閘極氧化物有害的電壓區域2丨〇。 圖12描述本發明該靜電放電（ESD)保護裝置12〇2之第十 具體實施例概要圖。特別是，圖12描述該二極體開啟矽晶 控制整流器（DTSCR)保護裝置1202的概要圖，其中該二極 體開啟碎晶控制整流器（DTSCR)保護裝置1202與圖丨丨的二 極體開‘矽晶控制整流器（DTSCR)保護裝置11〇2相同，只 除了前者的分流電阻110係耦合於焊墊1〇4和在第二節點334 的PNP電晶體T2 3 12的觸發器閘極G2之間。類似於圖3之該 具體實施例，該分流電阻i 1〇係與電阻504並聯，並且電阻 值遠低於該本質阻抗504。如此一來，該焊塾1 〇4發生靜電 放電（ESD)情況時所產生的電流最先流到分流電阻丨丨〇，而 非圖示為η型井的本質阻抗504的電阻504。該分流電阻11 〇 為觸發器裝置308和接地112之間不想要的洩漏電流提供一 個通路’否則該洩漏電流可能不小心觸發矽晶控制整流器 (SCR) 3 06 °此外’該分流電阻i丨〇將控制矽晶控制整流器 (S C R ) 3 0 6所謂的觸發和維持電流。 圖13到16描述在該靜電放電（ESD)保護電路内，利用一 個以上耦合電容器的各種矽晶控制整流器（SCr )保護裝置 概要圖。圖1 3描述該二極體開啟矽晶控制整流器（DTSCr ) 保護裝置1 302的概要圖，其中該二極體開啟矽晶控制整流 __- 25 - 本紙張尺度遑用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公:t) 543179 A7 B7 五、發明説明（22 ) 器（DTSCR)保護裝置1 302與圖10的二極體開啟矽晶控制整 流器（DTSCR)保護裝置1002相同，但前者包括一經由耦合 電容器1 304的電容性接地。特別是，該耦合電容器1 304係 串聯耦合於該二極體鏈320和接地1 12之間。在暫態靜電放 電（ESD )情況下，該暫態電流會流經耦合電容器1 304，而 該耦合電容器1 304會阻斷任何非暫態（D C )電流。該耦合電 容器1 304的電容值在1 p F的範圍内（皮可法拉，pico-Farads ) to 1 nF(奈法拉，nano-Farads)。一旦該PNP電晶體 T2 312 的射極至基極二極體D p和二極體鏈320内的二極體D s向前 偏壓（例如，0.7伏特），則開啟該矽晶控制整流器（SCR)306 並將靜電放電（ESD )電流從焊墊1 04分流至接地1 1 2。 圖14描述該矽晶控制整流器（SCR)保護裝置1402的概要 圖，其架構與圖13的矽晶控制整流器（SCR)保護裝置1302 相同，只除了前者未利用二極體鏈320内的開啟二極體D s。 亦即，採用該耦合電容器1304取代二極體鏈320内的開啟二 極體D s，以致於該保護裝置1 302可稱為電容性開啟矽晶控 制整流器（CTSCR)。特別是，透過將耦合電容器1304直接 電容接地於矽晶控制整流器（SCR) 306的第二閘極G2 334和 接地1 12之間，而開啟矽晶控制整流器（SCR) 306。在暫態 靜電放電（ESD)情況下，該暫態靜電放電（ESD)電流最先流 經耦合電容器1304，而該耦合電容器1304會阻斷任何非暫 態（D C )電流。 此外，在該靜電放電（ESD)脈衝的最初階段，該耦合電 容器1304將矽晶控制整流器（SCR) 306的觸發器閘極G2 334 -26 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 543179 A7 __— B7 五、發明説明（23 ) 扭至接近接地電位。換句話說，在實務上可忽略穿過該電 谷备的電壓降。—旦該PNP電晶體T2 3 1 2的射極至基極二極 體P p向丽偏壓約〇7伏特，即開啟該矽晶控制整流器 (SCR) 3 06，並且將靜電放電（ESD)電流從焊墊1〇4分流至接 地1 1 2 °如此一來，穿過該PNP電晶體T2 3 12的射極至基極 二極體Dp以及耦合電容器1304的矽晶控制整流器（SCR)306 開啟電壓約為0.7伏特，低於對閘極氧化物有害的電壓區域 2 10(亦即，小於6伏特）。 圖15描述該碎晶控制整流器（SCR)保護裝置15〇2的概要 圖，其架構與圖14的矽晶控制整流器（ScR)保護裝置丨4〇2 相同’只除了前者的耦合電容器15〇4係耦合於焊墊1〇4和 NPN電晶體T1310的觸發器閘極G1 336之間。在靜電放電 (ESD)情況下’該暫態電流最先會流經耦合電容器1 5〇4， 而該耦合電容器1504會阻斷任何非暫態（DC)電流。一旦該 NPN電晶體T1 310的基極至射極二極體Dn向前偏壓（例如， 0.7伏特），開啟該矽晶控制整流器（scr) 306並將靜電放電 (ESD )電流從焊墊1 〇4分流至接地1丨2。如此一來，穿過該 NPN電晶體T1 302的基極至射極二極體Dn以及耦合電容器 1 3 04的矽晶控制整流器（SCR) 306開啟電壓約為〇·7伏特（亦 即’小於6伏诗）’低於可能對閘極氧化物有害的電壓區域 210 〇 圖16描述該矽晶控制整流器（SCR)保護裝置16〇2的概要 圖，其架構為圖14和1 5的矽晶控制整流器（SCR)保護裝置 1402和1 502的組合。特別是，透過將耦合電容器13〇4直接 -27 < t紙張尺度適用巾S S家料(CNS) A4規格X 297公董) ~ 543179 A7 ____B7 五、發明説明（24 ) 連接於碎晶控制整流器（SCR) 306的第二閘極G2 334和接地 1 1 2之間’而提供電容性的接地。此外，耦合電容器丨5〇4係 辜禹合於焊整104和NPN電晶體T1 310的觸發器閘極G1 336之 間。在靜電放電（ESD)情況下，該暫態電流最先會流經耦 合電容态1304和1 504，而該耦合電容器13〇4和15〇4會阻斷 任何非暫怨（D C )電泥。一旦該pnp電晶體T2 3 12的射極至 基極二極體Dp，或者該NPN電晶體T1 310的基極至射極二 極體Ds向前偏壓（例如，〇 7伏特）時，開啟該矽晶控制整流 咨（SCR)306並將靜電放電（ESD )電流從焊墊1〇4分流至接地 112。 圖1 7和1 8描述該矽晶控制整流器（SCR)保護裝置的概要 圖，該裝置利用許多_聯耦合的金氧半導體裝置取代二極 體鍵320，以做為靜電放電（ESD)保護性電路的開啟裝置 308。圖· 1 7和1 8的靜電放電（ESD )保護裝置丨7〇2和丨8〇2類似 於圖3的具體貫施例，只除了前者將複數個_聯連接的金氧 半導體裝置隸合於焊墊104和矽晶控制整流器（3(：11)3〇6的 NPN電晶體τι 310的觸發器閘極G1 336之間。 特別是，圖17描述三個N型金氧半導體裝置丨708，串聯耦 合於焊墊104和NPN電晶體T1 310的觸發器閘極G1 336之 間。而圖18則描述三個p型金氧半導體裝置18〇8，串聯耦合 於焊塾104和該NPN電晶體T1 310的觸發器閘極G1 336之 間。類似於上述有關圖3到1 6的二極體開啟裝置d s的討論， 率聯連接的金氧半導體裝置數目（亦即，N型金氧半導體或 P型金氧半導體）約在1到8個裝置之間變動。 ___ - 28 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) M規烙（21〇χ 297公釐） A7

參考圖1 7 ’與孩源極相較（"連接二極體的金氧半導體 )’居N型金氧半導體裝置1 708的閘極和汲極係耦合至高 電位。如此一來，該N型金氧半導體裝置1704—般位於開 啟狀怨。一旦超過例如〇·2到〇7伏特的門檻電壓（亦即，類 似於向刖偏壓二極體的” k n e e電壓，，），電流會迅速增加， 使仔孩N型金氧半導體裝置丨7〇8可做為向前偏壓二極體。 在發生於孩焊墊1〇4的靜電放電（ESD)情況下，電流最先 經由该分流電阻1 1 〇從N型金氧半導體裝置丨7〇4流到接地 112。一旦穿過每一個1^型金氧半導體裝置丨7〇4的電位超過 門檻％壓，穿過分泥電阻丨丨〇的電流即增加，連帶增加穿過 刀4私阻1 1 0的私壓。當穿過該分流電阻1 1 〇的電壓達到約 〇.7伏特，I^NPN電晶體T1 31〇的基極至射極二極體即向前 偏壓，連帶觸發矽晶控制整流器（ScR)3〇6。 在使用三個N型金氧半導體裝置17〇4的情況下，每一個裝 置的門檻電壓約為〇·5伏特，穿過該三個N型金氧半導體裝 置1 704的電位約為丨·5伏特，如此一來，穿過該NpN電晶體 T1 302的基極至射極二極體〇。（〇7伏特）以及N型金氧半導 體裝置1704的矽晶控制整流器（SCR)3〇6開啟電壓約為厶2伏 特’低於可能對閘極氧化物有害的電壓區域2丨〇(亦即，小 於6伏特）。 參考圖1 8，與源極相較，每一個p型金氧半導體裝置1 8料 的閘極和汲極係耦合至低電位（例如，VDD 18〇4)。如此一 來，涊P型金氧半導體裝置18〇4通常在開啟狀態。在靜電放 電（ESD)情況下，應用於圖17該N型金氧半導體裝置π⑽的

A7 B7 五 發明説明（ 相同分析也適用於圖1 8的P型金氧半導體裝置1 804。 圖1 9描述該矽晶控制整流器（SCR)保護裝置1 902的概要 圖’該裝置以反向偏壓濟納（Zener)二極體1908取代圖3到 16的二極體鏈320，以做為該靜電放電（ESD)保護電路1908 的開啟裝置308。該靜電放電（ESD)保護裝置1902與圖3的 具體實施例相同，只除了前者以反向偏壓濟納（Zener)二極 體1908耦合於焊墊1〇4和矽晶控制整流器（SCR)306的NPN 電晶體T1 3 10的觸發器閘極G1 336之間。在發生於該焊塾 1 〇4的靜電放電（esD )情況下，電流經由濟納（Zener)二極 體1908以及分流電阻11〇從陽極322流至接地112。 —旦穿過該濟納（Zener)二極體1908的電壓達到崩潰電壓 (例如，3到6伏特），經過分流電阻1 1 〇的電流增加，連帶增 加穿過分流電阻110的電位。當穿過該分流電阻11〇的電壓 達到约0.7伏特，該NPN電晶體T1 310的基極至射極二極體 向前偏壓，連帶觸發矽晶控制整流器（SCR) 306導通，將 靜電放電（ESD )電流從焊墊1 〇4分流至接地112。 濟納（Zener)二極體通常以界面形成，例如p型輕微摻雜 沒極（PLDD)摻雜）和N型高度摻雜區域（N + )，或是N型輕 微摻雜汲極（NLDD)掺雜和p型高度摻雜區域（p + )，或 PLDD和NLDD摻雜兩者的組合。然而，這些濟納（zener)二 極體的崩潰電壓通常為6到丨2伏特，此數值對保護超薄閘極 氧化物而言顯然太高。 圖3 1描述本發明之濟納（Zener)二極體觸發器裝置1 9〇8橫 斷面圖。特別是，形成於P型基材上（未顯示）的N型井3 1 〇4 ____ - 30 - 木紙張尺度適用中國國家標準(CMS) A4規格（210 X 297公釐） 543179 A7 B7 五、發明説明（ 27 包括緊接N+摻雜區域3108形成的p十摻雜區域3丨〇6，因而 在此二區域間形成界面3112。一部份的p +摻雜區域具有矽 氧化物層3 1 10 ,其中#疋供一形成該濟納二極體丨8 的陽極322的接點。同樣地，也有部份的N+摻雜區域3丨〇8 ”有夕氧化物層3 1 1 〇，才疋供形成該濟納（Zener)二極體^ 908 的陰極的接觸。以矽氧化物阻斷一位於矽氧化物層3n〇之 間並覆盍在該界面31 12上的區域，以避免表面短路。在一 具體實施例中，該N+到P+界面3112的崩潰電壓通常為3到 6伏特。 熱碏此藝者將知道必須執行專心的處理評價，以決定此 結構中是否增加任何洩漏電流，而此洩漏電流對靜電放電 (ESD)保護裝置内的應用有損害性的影響。在最壞的情況 下，穿過該NPN電晶體T1 302的基極至射極二極體心以及 濟納（Zener)二極體丨9〇8的矽晶控制整流器（SCR) 3〇6°開啟 包壓約為6.7伏特，在對閘極氧化物可能有害的該電壓區域 2 10(亦即，約6伏特）中屬於最低的區域。 圖20描述用於積體電路（IC)1〇〇之靜電放電（esd)保護裝 置2002概要圖’該積體電路具有複數個各種（，，混合的供 應私壓2004!到2004n(共同地/，混合的供應電壓2〇〇4)。該 具體實施例利用電容性耦合連接至除了被保護供應線以外 的供應線接地。圖2〇的具體實施例使得不想要的靜電放電 (ESD)放電不會發生於該1C電路的供應電壓線2004中之 一。該靜電放電（ESD)保護裝置2002包括如圖14所討論的 電容開啟碎晶控制整流器（CTSCR) 1402，以及圖1〇所討論 裝 訂 線 31 - 本紙張尺度適用中國國家標準((：：1^3) A4規格（21〇>< 297公釐） 543179 A7 ___ B7 五、發明説明（28 ) 的二極體開啟矽晶控制整流器（DTSCR)裝置1 002。 該供應電壓線2004在每一條供應電壓線和接地1 1 2之間會 發生寄生電容2〇〇6(例如，寄生電容2〇〇6ι到2006m)。亦 即，該供應電壓線2004(及所有連接至供應線2〇〇4的裝置） 充當分配板，以便在該供應線2004和接地1 12之間產生寄生 電容2006。可能使用該寄生電容2006取代如於圖13到15所 討論的耦合電容器1304，以觸發矽晶控制整流器 (SCR)306 。 參考圖20 ’該保護性電路2020係轉合於二條供應電壓線 2004和接地112之間。該矽晶控制整流器（Scr) 306的陽極 3 22係耦合至一不同的電壓供應線（例如，供應電壓 20040，而不是連接至耦合該矽晶控制整流器（SCR)3〇6觸 發器閘極02 334的供應電壓線（例如，供應電壓2〇〇42)。可 能使用該保護電路2020保護供應線2001，而非保護接地 1 1 2。已注意到，雖然其它電位供應線也受到保護，但這些 電位不會在靜電放電（ESD )壓力情況下運作，雖然後者的 供應線2004!較易受靜電放電（ESD)壓力影響。亦即，陽極 j 22可能搞合至一供應線，該供應線的電位可能與閘極 334相同（但不同的供應域），較閘極低，或較閘極高。 特別是，該矽晶控制整流器（SCr)3〇6的PNP電晶體312的 觸發器閘極G2 334係耦合至該，，較低電位，，供應電壓線 2 0042，其電位為+ 2.5伏特。該矽晶控制整流器（SCR)3〇6的 閘極G2 3 34經由觸發器二極體2〇 1〇耦合至供應電壓線 20042，該觸發器二極體2〇1〇係從閘極g2 334串聯連接至該 L______-32 -_ 本紙張尺度適用中國國木標準(CNS) A4規格（210 X 297公董）

裝 訂

543179 五、發明説明（29 ) 供應電壓20042。 該PNP電晶體312的射極形成該石夕晶控制整流器㈣㈨谓 的陽極322，經由牟聯連接的二極體2〇〇8耦合至供應電壓線 2〇〇4!。採用該維持電壓二極體2〇〇8(例如，3個二極體）， 使矽晶控制整流器（SCR)306W維持電壓維持在較高電位供 應電壓2〇〇41(例如，3·3伏特）之上，以消除閃鎖（utch_… 的風險。然後該供應電壓線20042經由寄生電容2〇〇6ι耦合 至接地112(亦即，一參考電壓供應線Vss 2〇〇4^〇，該寄 生電容2006!係存在於電壓供應線(亦即，接 地112)之間。該NPN電晶體3丨〇的第一觸發器閘極⑴^匕經 由矽晶控制整流器（SCR)306w本質基材阻抗341耦合至接 地112。此外，該NPN電晶體31〇的射極也耦合至接地ιΐ2, 以形成矽晶控制整流器（SCR) 306的陰極。 圖20的具體實施例須在三種情況下運作。第一種情況是 在該混合電壓積體電路100的電源起動期間，其中係以任意 的順序開啟供應電壓線2004。第二種情況是在正常運^ 下，其中该矽晶控制整流器（SCR) 306必須不會干擾積體電 路的正常運作。亦即，必須避免閂鎖情況發 生。第三種情況是在靜電放電（ESD)壓力情況下，其中並 非以D C供應器供電該積體電路，並且矽晶控制整流器 (SCR) 306必須很快地將靜電放電（ESD)電流分流至接地 112° 透過在陽極322和閘極G2 334通路中提供適當數目的二極 體2008和2010，可達成這三種情況中的每一種。已注意 543179 A7 B7

五、發明説明（ 到，在陽極通路322内提供維持二極體2008，以增加在秒晶 控制整流器（SCR ) 306導電狀態下的維持電壓，並使其保持 在超過供應電壓的電壓下，以避免閂鎖（丨at ch-up)的情 況。如上面有關該矽晶控制整流器（SCR) 306所偏好的維持 電壓的討論，熟諳此藝者很容易即可決定靜電放電（E $ D) 保護電路2002中所需的維持二極體數目。該維持二極體 2008位於靜電放電（ESD)放電通路内，並且尺寸必須大到 足以承受與矽晶控制整流器（SCR) 306等量的壓力電流。 在该觸發器閘極G2 341上的觸發器二極體2〇 1 〇係隨選提 供，以達成由電源起動限制和避免閂鎖（latch-up)所設定 的情況。由於該矽晶控制整流器（SCR)3〇6H導通少量的觸 發電流（與靜電放電（ESD)壓力電流相較），因而可最小化 觸發器二極體2010的尺寸。 孩電源起動情況決定所利用的維持和觸發器二極體2〇〇8 和20 1 0的數@[。在最壞的電源起動情況下（先開啟連接至陽 極:22,供應線，而耦合至閘極以334的供應線則仍有效地 不口 :接地1 12)，不能觸發該矽晶控制整流器（scr)3〇6。 在最褎的/兄下，由該維持二極體2〇〇8、PNP電晶體312 :内邵射極至基極二極體，和該觸發器二極體輯構成的 该一極體鏈向前偏壓。 二’、之動時，為避免觸發矽晶控制整流器（SCR)，穿 極體鏈（亦即，維持二極體2_、射極至基極二 二:和觸發器二極體2。1())的二極體電壓總量須至少能補 μ應電壓。例如 297公釐） 543179 A7 B7 五、發明説明（31 ) 伏特供應線2004!之處，保護電路2020内總共需利用七個二 極體。亦即，需要三個維持二極體2008，一個PNP電晶體 3 1 2的射極至基極二極體D p，以及三個觸發器二極體 2010 ° 在非電源起動靜電放電（ESD)壓力情況下，因為每一條 線2004和接地112之間的寄生連接2006的關係，所有電壓供 應線2004!到2004n均電容性地耦合至接地。當被保護的供 應線（例如，2004!到2004n)中任一條線發生帶正電的靜電 放電（ESD )情況時，一旦在被保護供應線上的電壓超過穿 過維持二極體2008、PNP電晶體312射極至基極二極體Dp和 觸發器二極體20 1 0上的總電壓，即開啟矽晶控制整流器 (SCR)306。 已注意到，通常在該二極體開啟矽晶控制整流器（DTSCR) 保護裝置内用於限制洩漏電流的_聯二極體數目最多不應 超過4到5個。然而，本發明具體實施例因為提供大量開啟 二極體的關係，因而可將該二極體開啟矽晶控制整流器 (DTSCR)保護裝置2002用於較高的電壓。此外，在正常電 路情況下，穿過每一個二極體的電壓降已降低至低於偏壓 該二極體所施加的供應電壓。 也注意到，也可使用該互補二極體開啟矽晶控制整流器 (DTSCRS)保護供應線2004，而非如圖10到13所示之僅限於 保護一輸入/輸出。特別是，可使用該互補SCR的一個分 支，或是二個分支都使用，以便以與該G 2參考電位相同或 者較參考電位還低的電壓水準保護供應線。在無電源起動 _- 35 ·_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210X297公釐） 543179 A7 _______ B7 五、發明説明（~~) 順序的應用中可使用此供應線保護，以便所有的供應線 2004同時斜率上升。 圖21描述具有降低寄生電容之靜電放電（ESD)保護電路 2 1 02概要方塊圖。特別是，圖2 1的電容降低具體實施例包 括耦合於該焊墊104和接地i 12之間的靜電放電（ESD)保護 裝置102(例如，圖3到19的二極體開啟矽晶控制整流器 (DTSCR)或N型金氧半導體裝置），如上述。該寄生電容 2006(Cesd)存在於靜電放電（ESD)保護裝置1〇6的陽極322 和接地112之間。該寄生電容2〇〇6的電容範圍通常在2〇〇到 3000飛法拉（femt〇-Farads)之間。此寄生電容的大小隨著在 輸入焊墊104上的靜電放電（ESD)保護裝置1〇6的大小而增 加，而體積較大的靜電放電（ESD)保護裝置則提供較高的 保護水準。雖然係以該輸入焊墊1〇4來討論具體實施例，熟 諳此藝者將了解同樣的原理也適用於輸出或雙向焊墊。… 兒谷降低一極體2 1 04係依向前導通的方向串聯摘合於 该保護性輸入焊墊104和靜電放電（ESD)保護裝置1〇6的陽 極322(間。一旦該保護性電路21〇2處於運作中的靜電放電 (ESD )楔式，二極體2丨〇4即加入一較小的電壓降。該二極 體2104通常以井的方式實現（例如，N型井），以與基材隔 離。該二極體2104的寄生界面電容值較小（例如，3〇到丨⑻ fF)，在數值上較靜電放電（ESD)保護裝置1〇6的寄生電容 Cesd 2006還小。該二極體寄生電容Cdi〇 21〇6和靜電放電 (ESD)保護裝置電容Cesd 2〇〇6皆串聯耦合於焊墊丨〇4和接地 Π2之間。該寄生電容㈣聯_減少了保護裝置21〇2的整 --------- - 36 - 本紙張尺纽财S g家標準(CNS) A4祕(21GX297公 543179 A7 B7

體電容Ct(亦即，Ct = (Cdi〇*CeSd)/(Cdi〇+Cesd))。在該焊 墊1 04出現的信號僅受整體電容c t影響。 將該靜電放電（ESD)保護裝置1〇6的陽極經由電阻21〇8(例 如，1K到ΐοοκ歐姆）耦合至（帶正電的）供應電壓線2〇〇4, 可進一步降低靜電放電（ESD)保護電路2102的寄生電容。 在正常電路運作下，該二極體2104變為反向偏壓，進而降 低二極體2104的寄生電容Cdl() 21〇6。由於界面電容和反向 偏壓之間非線性的相關性，進而可減少該二極體的寄生電 谷0心〇2106。在靜電放電（£30)情況下，經過該電阻21〇8 的电4僅—限於可忽略的量。如此一來，該二極體2丨向前 偏壓’並且該靜電放電（ESD)保護裝置1〇6可迅速地將暫態 靜電放電（ESD)電流分流至接地112，如上述。 在一具體實施例中，將該靜電放電（ESD )保護電路2丨〇2 使用於高速電路。為了增加電路1〇〇的速度，載入輸入信號 的寄生電卷必須很小。如此一來，該靜電放電（)保護 電路2102不能增加超過5〇到2〇〇飛法拉（£17)的寄生電容。 圖22到24描述併入圖21 一般具體實施例21〇2教義的各種 具體貫施例概要圖。圖22描述一靜電放電（ESD )保護電路 2202的概要圖’該電路的電容降低二極體21〇4係耦合至圖3 的二極體開啟矽晶控制整流器（DTSCR) 302。此外，使用該 觸發器裝置308二極體鏈32〇内的第一二極體做為電容降低 二極體2104。該電壓供應線（Vdd)2004經由電阻2108耦合 至二極體鏈320内的電容降低二極體2 1 〇4的陰極。如此一 來，該電容降低二極體2104的寄生電容和從觸發器裝置308 本紙張尺度遴用中國國家標準(CNS)八4規格（21〇x 297公梦) 543179

内其Έ：觸發器二極體至接地i 12的寄生電容之間的普聯關 係，降低了保謾裝置2 1 02的整體電容c t ,如上述。 圖23描述一靜電放電（ESD)保護性電路23〇2的概要圖， 該電路的電容降低二極體21〇4耦合至SCR 3〇6，其中該電容 降低二極體2 104隨時可以維持電壓二極體的較上層二極體 的形式展現。也可將該電容降低二極體21〇4用於其它型式 的靜電放電（ESD)保護裝置。圖24描述一靜電放電（ESD)保 護性電路2402的概要圖，該電路的電容降低二極體21〇4耦 合至接地閘極N型金氧半導體靜電放電（ESD)保護裝置 24〇6。從圖2 1到24具體實施例内的教義中應可了解，該電 容降低二極體2 1 04可與圖3到1 9所描述的至少任一具體實施 例一起使用。或者，也可將該電容降低二極體21〇4用於其 它觸發器裝置，例如接地閘極SCR(GGSCR)。 圖25描述該靜電放電（ESD)保護電路302的概要圖，該電 路使用SCR開啟一極體做為達靈頓（Darlington)電晶體|浦 2502。該靜電放電（ESD)保護電路包括耦合於焊墊104和接 地112之間的SCR 306。該二極體開啟裝置308以三階段達靈 頓（Darlington)電晶體2502概要表示，其中階段25 12i到 25 1 2;的每一個階段（總稱為階段25 1 2)對應於串聯耦合二極 體鏈320内的二極體D s。特別是，該二極體開啟矽晶控制整 流器（DTSCR) 3 02的鏈320内的二極體05與卩型基材（未顯示） 一起形成寄生PNP電晶體。亦即，該P型基材形成每一個階 段2 5 1 2的集極，通常耦合至接地1 1 2。每一個階段2 5 1 2的集 極從每一個二極體（亦即，電晶體階段25 1 2)將部份的電流 — _- 38 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 543179 A7 ------ B7 五、發明説明1 ~) -— 攜帶至孩積體電路1〇〇的已接地p型基材（未顯示），因而增 加在正常運作期間流至該基材的洩漏電流，並增加無法S 發SCR 306的可能性。 為了減輕此電流損失問題，可能在該p型基材内形成複數 個P+帶2520，並且這些帶接近該N型井二極體，連帶使達 玉頓（Darlington)電晶體2502的集極更能耦合至觸發器閘 極，例如如圖25所示的觸發器閘極gi 336。在該二極體Ds 形成於與P型基材隔離的p型井的情況時也可使用p +帶，該 P型井可從例如以”獨立p型井型井，，製造積體電路 1 00的過中取得。此外，在以"三個井，，（外層為第一 N型 井，中間為準-深P型井，最内層為深N型井）製造積體電路 100的過程中，也採用能搜集所有電流的達靈頓（Darlingt〇n) 效應’而不致流失任何電流。如此一來，採用該上述技 巧，來自母一個階段2 5 1 2的集極電流I e，和來自達靈頓 (Dadnigton)電晶體25〇2最後階段25 %的基極電流u皆耦 合至觸發器閘極（例如，觸發器閘極G 1)。 雖然圖25描述耦合至該SCR 306的觸發器閘極G1 336的達 靈頓（Darlington)幫浦2502，應了解也可將該達靈頓 (Darlington)幫浦2 502耦合至那些互補具體實施例的觸發器 閘極G2 334 ’該互補具體實施例的二極體鏈320係耦合至 SCR 306的觸發器閘極G2 334。 已注意到在使用互補DTCR的具體實施例中，例如那些 在圖10到13所描述的具體實施例，該達靈頓（Darlington)所 產生的基材電流並未如上述般在P型基材中流失。參考圖 __- 39 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210X297公釐） 543179 A7 B7 五、發明説明（ 1 1，該二極體鏈32〇係耦合至在PNP電晶體T2 312所形成的 第二閘極G2 334。如此一來，每一個達靈頓（Darlington)階 段的集極，以及最後階段的基極，本質上皆耦合至P型基 材。在此情況下，在該第二閘極G2 334生效的觸發電流等 於集極（基材）電流Ie 13和達靈頓（Darlington)鏈最後階段的 基極電流I b 3的加總。 圖32描述具有互補SCR開啟達靈頓（Darlington)電晶體繁 浦3202的靜電放電（ESD)保護電路11〇2概要圖。事實上， 圖32對應於圖11的概要圖。在該觸發器閘極G2 334的觸發 電泥’葶於每一個達靈頓（Dariingt〇n)階段25 12的集極電流 的加總（丨。1 + 1。2+1。3)加上最後達靈頓（Darlington)階段（例 如’ 25 123)的基極電流“3。因而，該達靈頓（Dariingt〇n)效 應所流失的電流（將觸發器二極體D s串聯耦合至NPN電晶體 T1 310的閘極G1 336所造成），會自動地回復並且用於觸發 1¾互補二極體開啟矽晶控制整流器（DTSCR)具體實施例内 的閘極G2 334。 圖26描述該靜電放電（ESD)保護電路102之溫度補償觸發 器裝置2608的概要圖。該溫度補償觸發器裝置26〇8的目 的’在於使洩漏和觸發電流不論處於何種運作溫度，皆能 維持在特定運作範圍内。亦即，該觸發點和洩漏電流實質 上與積體電路1 〇〇的運作溫度無關。 孩溫度補償觸發器裝置2608包括一個以上的金氧半導體 裝置’例如_聯耦合至N型金氧半導體裝置26丨2的p型金氧 半導體裝置26 1〇，該N型金氧半導體裝置係串聯耦合至二 543179 A7 B7 五、發明説明（37 ) 極體鏈320。特別是，該P型金氧半導體裝置26 1 0的源極係 耦合至要被保護的線的焊墊1 04，而該P型金氧半導體裝置 26 1 0的汲極則耦合至N型金氧半導體裝置26 1 2的汲極。該N 型金氧半導體裝置的源極係耦合至二極體鏈320内第一二極 體D s的陽極，而該二極體鏈320内最後二極體的陰極則耦合 至接地1 1 2。該P型金氧半導體裝置26 1 0的閘極係耦合至P 型金氧半導體的汲極或是任何較低的電位。該N型金氧半 導體裝置26 1 2的閘極係耦合至N型金氧半導體的汲極或任 何較高的電位（例如，所劃的虛線26 1 4)。 在運作^期間，當該積體電路1 00的溫度增加，流經二極體 鏈3 20二極體的電流也增加（亦即，負的溫度相關係數）。此 外，當積體電路100的溫度增加，流經金氧半導體裝置26 10 和26 1 2的電流則減少（亦即，正的溫度相關係數）。如此一 來，該金氧半導體裝置2610和2612補償在二極體鏈320内的 電流增加，連帶使該觸發與運作溫度無關。熟諳此藝者將 了解到，在該溫度補償觸發器裝置2608内的金氧半導體裝 置數目，可視二極體鏈320内二極體的尺寸和數量，以及用 於積體電路1 00的裝置實際溫度相關係數，而加以變動。此 外，該溫度補償觸發器裝置2608可用於閘極G1 334或G2 336其中之一，或是兩者皆採用。 圖27描述一種多焊墊二極體開啟矽晶控制整流器（DTSCR) 靜電放電（ESD)保護裝置2702的概要圖，每一隻SCR焊墊 2 706皆具有電流鏡的觸發器。該二極體開啟矽晶控制整流 器（DTSCR)靜電放電（ESD)保護裝置2702包括一溫度補償 _ - 41 -_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 543179 A7 B7 五、發明説明（38 ) 開啟鏈2708，耦合至複數個SCR焊墊2706ι到2706η，其中 圖示的η等於2( η = 2)。該多焊墊二極體開啟矽晶控制整流 器（DTSCR)靜電放電（ESD)保護裝置2702耦合於供應線 VDD 2004和接地1 12之間。然而，熟諳此藝者將了解到，

該多焊墊二極體開啟矽晶控制整流器（DTSCR)靜電放電 (ESD )保護裝置2702可耦合於任何供應線或要被保護的I/〇 焊墊104之間。 裝 圖示之該溫度補償開啟鏈2708包括一單一 Ρ型金氧半導體 裝置2610，耦合至形成二極體鏈320的三個串聯二極體，類 似於圖β所示。該Ρ型金氧半導體裝置26 10的閘極係耦合至 沒極。此外，請回想該二極體鏈320做為達靈頓（Darlington) 電晶體，其中每一個二極體皆形成一階段的實施例。

每一個SCR焊墊2706包括一 SCR 306，其陽極耦合至供應 線VDD 2004，而陰極耦合至接地112。此外，一P型金氧半 導體裝置2704從要被保護的供應線VDD 2004上耦合至觸發 器閘極。例如，P型金氧半導體裝置2704的源極係耦合至供 應線2004，且汲極耦合至第一觸發器閘極G1 336i。該溫度 補償開啟鏈2708的P型金氧半導體裝置26 1 0的閘極和汲極係 耦合至每一個SCR焊墊2706的P型金氧半導體裝置2704的每 一個閘極。 在在該供應線2004發生靜電放電（ESD)的情況下，從供 應線2004經過單一開啟鏈2708而流到接地1 12的電流可驅動 具有相同觸發電流的多個靜電放電（ESD)分流裝置（亦即， SCR焊墊2706)。此外，該維持和定位電壓維持在高於供應 _-42 -_ 本紙張尺度適用中國國家標準(C NS) Λ4規格（210 X 297公釐） 543179 A7 B7 五、發明説明（％ ) 線2 004的電壓，但仍低於圖2可能對積體電路1 00閘極氧化 物有害的不想要的電壓範圍2 1 0。因而，從該開啟鏈2708的 電流的觸發電流至每一個SCR焊墊2706是"鏡像的π。已注 意到，可將該電流鏡設定成觸發每一個SCR焊墊2706的每 一個閘極G 1 336和G2 334，或是兩個閘極均觸發。也注意 到，可以該溫度補償開啟鏈708補償該鏡像的電流的溫度。 也注意到，可在該積體電路1 00上放置複數個單一開啟鏈 2 708，以連接至已配置的複數個SCR焊墊2706。將在該開 啟鏈内金氧半導體裝置的所有閘極與SCR焊墊内金氧半導 體裝置Θ所有閘極耦合。如此一來，該已配置的開啟鏈將 有效感測在整個積體電路1 00上的靜電放電（ESD )過電壓情 況，並且將開啟在積體電路100上的所有SCR焊墊2706，連 帶提供最大的保護。 更注意到，可以該金氧半導體電晶體2704和2610的尺寸 比率（長度和寬度）來測定該電流，以致於至每一個SCR焊 墊2706的每一個觸發器閘極的觸發電流與開啟鏈2708内的 電流成比例。熟諳此藝者將知道，在該二極體鏈320和接地 112之間加上一 Ν型金氧半導體裝置，以及在SCR焊墊2706 的第二閘極G2 334上加上許多Ν型金氧半導體裝置，將觸 發在SCR焊墊2706的第二閘極G2 334。 在圖3到24的具體實施例中，使用該二極體開啟矽晶控制 整流器（DTSCR)裝置302做為至接地電源線夾止的電源線， 或是做為至接地夾止的輸入/輸出。在此二情況下，已使用 該二極體開啟矽晶控制整流器（DTSCR)裝置302做為二終端 ______- 43 -___ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格（210 X 297公釐） 543179 A7 B7 五、發明説明（40 ) 結構，使電流在電源線2004和接地1 12，亦或〖/ο洋勢1〇4和 接地1 1 2之間，依單一方向分流。然而，靜電放電（ESD )情 況可發生於任何任意焊塾的組合，並且對於在靜電放電 (E S D )情泥下被視為已接地的特定焊塾而言，該電流可為 正極或負極。如此一來，也可使用該SCR 306做為三終端裝 置，在電源線2004和接地1 12、I/O焊墊104和接地i 12以及 電源線2004和I/O焊墊1〇4之間，提供雙向靜電放電（ESD) 保護，如於圖28到30所討論的。 圖28描述一 SCR 306互補輸入保護電路28 02之第一具體實 施例概養圖。該保護電路2 8 0 2包括第一和第二二極體開啟 矽晶控制整流器（DTSCR)3061* 3062(第一和第二焊塾）， 耦合於供應線2004、I/O焊墊1〇4和接地112之間。參考第一 S C R 3 0 61 ’ ★亥P N P電晶體3 121的射極（亦即，陽極）係隸合至 供應線2004，並且PNP電晶體312丨的基極耦合至NPN電晶體 310!的集極。該PNP電晶體312 i的集極耦合至第一觸發器閘 極G 1 336!，該第一觸發器閘極G1 336^耦合至NPN電晶體 3 1 0!的基極。該NPN電晶體3 10!的射極（亦即，陰極）韓合至 I /〇坪塾1 04 ’並且第一觸發器閘極g 1 3 3 6 i轉合至接地 112。 參考居弟一 SCR 3062’该PNP電晶體312〗的射極（亦即， 陽極）耦合至I/O焊墊104，並且PNP電晶體3 122的基極係耦 合至NPN電晶體31〇2的集極。該PNP電晶體3122的集極耦合 至NPN電晶體3102的基極，形成第一觸發器閘極gi 3362。 該NPN電晶體3 10!的射極（亦即’陰極）係合至接地1丨2，並 -44 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Λ4規格（210 X 297公董·) 543179 A7 ------- B7 五、發明説) 且遠第二觸發器閘極G2 3342耦合至供應線2004。 通常二極體係分別加於保護裝置之上，以提供相反極性 犬員型命電放電（ESD)情況的導電通路，其中該SCR 306為不 /舌動的然而’熟讀此藝者知道，可很便利地使用此額外 二極體（亦即，Dp和Dn)做為該SCR 306的一部份，而此二 極體也已出現於SCR中。 在靜電放電（ESD)的情況下，第一 SCR 306!在固定壓力情 況時提供一夾止至供應線2004 ,其中帶負電的靜電放電 (ESD )情況係發生在I / 〇焊墊104，而不是在接地電位的供 應線2004。該第二SCR 3062在固定壓力情況時提供一夾止 至接地1 12，其中帶正電的靜電放電（ESD)係發生在1/〇焊 塾1 〇4 ’而不是在接地電位的gnd 1 1 2。相反壓力情況（帶 正電的靜電放電（ESD)是發生在1/0 104,而不是在接地電 位的供應2004 ;並且帶負電的靜電放電（ESD)是發生在1/〇 1〇4，而不是在接地電位的（^〇112)時，係由每一個％11 306的基極至射極提供二極體1)?和]：)11。在該固定靜電放電 (ESD )壓力情況時，該基極至射極二極體之一將寄生vdd 到GND電容2804充電至供應線2004和接地1 12之間。換句 話說，該VDD到GND電容2804提供一電載入，以致能電流 在此基極至射極二極體内的流動。當穿過該基極至射極二 極體的電壓降在第一閘極G 1 3361達到約加〇·7伏特，或該第 二閘極G2 33h達到約減〇.7伏特時，將開啟該SCR 3〇6，並 且將靜電放電（ESD )電流分流至該各別接地（亦即，接地 1 1 2或該供應線2004二者其中之一）。 __- 45 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 543179 A7 —B7 五、發明説明（42 ) 圖29描逑一 SCR 306互補輸入保護電路2902之第二具體實 施例概要圖。圖29之第二具體實施例與圖28的第一具體實 施例相同，只除了前者有二個額外的二極體鏈320!和3202 係分別耦合至SCR 306!和3062的觸發器閘極。特別是，第 一鏈3 2 0!内第一二極體的陽極（圖示為具有3個串聯耦合的 二極體）耦合至PNP電晶體312!的射極，而二極體鏈320!$ 最後二極體的陰極則耦合至第一觸發器閘極G1 3 3 6 i。類似 地，第二鏈32〇2内第一二極體的陽極（圖示為具有3個串聯 李馬合的二極體）耦合至第二觸發器閘極G2 3342，而該二極 體鏈3 2〇2内最後二極體的陰極則耦合至npn電晶體3 1 02的射 極0 利用該第一和第二二極體鏈32〇ι和3202以提供除了 VDD到 GND電容之外的電容性載入，並且使觸發電壓增至供應線 電壓之上。也參考圖2,在該I/O焊墊1〇4和接地n2之間的 第一 SCR 306J^在大約2.8伏特時觸發。此外，相同的分析 也適用於該第二SCR 3062。 圖30描述一 SCR 3 06互補輸入保護電路3〇〇2之第三具體實 施例概要圖。圖30的第三具體實施例與圖28的第一具體實 施例相同（或圖2 9的第一具體實施例），只除了前者的互補 SCR保護電路3002的每一個焊墊3〇〇61和3〇〇62均具有金氧半 導體裝置3004，以做為載入元件。

特別是’該第一 SCR焊墊30(^包括一 SCR 306!，其N型 金氧半導體裝置3004!並聯耦合至npn電晶體3 10!，以致於 N型金氧半導體裝置300A的源極和汲極皆分別耦合至NpN ___ - 46 二 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規烙（210 X 297公赘） 543179 43 五、發明説明（ 電晶體3 1 0 i的射極和集極。此外，該N型金氧半導體裝置 3 004!的閘極係耦合至第一觸發器閘極G1 336ι。 類似地，該第二SCR焊墊30062包括一 SCR 3062，其p型 金氧半導體裝置30042並聯耦合至pNp電晶體3122 ,以致於p 型至氧半導體裝置3〇 Ο、的源極和汲極皆分別摘合至該pNp 黾曰曰體3 1 22的射極和集極。此外，該p型金氧半導體裝置 30042的閘極耦合至第二觸發器閘極G2 3342。該金氧半導 體裝置3004的門檻電壓範圍約在〇·2到〇6伏特之間，小於 SCR 3061和3062的觸發器閘極G1 336i*G2 3342的各別基極 射極或射極至基極界面電壓（亦即，約〇. 7伏特）。 在例如發生於供應線（VDD) 2〇〇4的帶正電靜電放電（ESD) 情況下，其中I/O焊墊1〇4位於接地電位，該接地線ιΐ2將從 NPN電晶體306!的基極至射極界面拉高至約〇.7伏特。連接 至第一 SCR焊墊3006!的第一觸發器閘極G1 336!的N型金氧 半導體裝置300A，其閘極的門檻電壓小於〇.7伏特，以致將 開啟N型金氧半導體電晶體3〇〇4ι。應注意到，該金氧半導 體裝置僅在金氧半導體模式中運作，並且不似例如具有N 型金氧半導體觸發器裝置的低電壓觸發scr(lvtscr)等的 先^技藝裝置’此裝置並未利用崩潰。一旦啟動N型金氧 半導體電晶體3004!，SCR 306!觸發器閘極334!的電位即 被拉低，並且使SCR易於導通。一旦在VDD 2004的帶正電 靜電放電（ESD)電壓超過SCR 306!的維持電壓，該靜電放 電（ESD )電流將分流至已接地的I / 〇焊塾1 。 在正常電路運作下，該G N D供應線π 2已接地，以致於 -47 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 543179 A7 B7 五、發明説明（44 ) 不會出現穿過SCR 3 06!基極至射極的電壓降，連帶使N型 金氧半導體300^的閘極保持接地，並且結果關閉N型金氧 半導體裝置300^。熟諳此藝者將認識到，同樣的運作分析 也適用於該第二SCR焊墊30062。如此一來，圖30第三具體 實施例的優點之一為，在正常運作下不會有如圖29的二極 體開啟鏈所發生的洩漏電流。 雖然在此已圖示並詳細敘述合併本發明教義之各種具體 實施例，那些熟諳此藝者隨時可設計許多其它不同的具體 實施例，而仍含有這些教義。 __- 48 - 本紙張尺度適用中國國家標準(C NS) A4規格（210 X 297公發）

Claims (1)

1. 543179 A8 B8 CS _____D8 申請專利範圍 "~ 1 . 2. 3. 4. 一種靜電放電（ESD)保護電路（ 302到902)，位於具有保 護電路的半導體積體電路（丨C )( 1 〇〇)内，該靜電放電 (ESD)保護電路包括： 一焊墊（104)，適於連接至該積體電路的保護電路節 點； 一靜電放電（ESD)保護裝置（3〇6)，耦合於該焊墊和接 地（1 12)之間；及 一二極體開啟裝置（308)，依順向傳導的方向從該焊墊 耦合至該靜電放電（ESD)保護裝置的第一閘極（336)。 如申請專利範圍第1項之靜電放電（ESD )保護電路，其中 該ESD保護裝置係選自由下列各物組成之群，包括矽晶 控制整 >瓦！§ ( S C R)和N型金氧半導體裝置。 如申請專利範圍第2項之靜電放電（ESD )保護電路，尚包 括一第一電阻（341)，耦合至該靜電放電（ESd)保護裝置 的第一閘極和接地。 一種靜電放電（ESD)保護電路（1〇〇2到1302)，位於具有 保護電路之半導體積體電路1〇〇)内，該靜電放電 (ESD)保護電路包括： 一焊塾（1 04)，適於連接至該積體電路的保護電路節 點； 一靜電放電（ESD)保護裝置（3〇8)，耦合於該焊墊和接 地（112)之間；及 一二極體開啟裝置（308)，依順向傳導的方向從該靜電 放電（ESD)保護裝置的閘極（334)耦合至接地。 -49 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公赞） 543179 AS B8 C8 _D8 、申請專利範圍 5 .如申凊專利範圍第丨5項之靜電放電（E S D )保護電路，其 中該靜電放電（ESD)保護裝置係選自由下列各物組成之 群’包括矽晶控制整流器（SCR)和P型金氧半導體裝置。 6. —種靜電放電（ESD)保護電路（14〇2到16〇2)，位於具有 保護電路之半導體積體電路（IC)(100)内，該靜電放電 (ESD)保護電路包括： 一焊墊（1 04)，適於連接至該積體電路的保護電路節 點； 一碎晶控制整流器（SCR)(306)，耦合於該焊墊和接地 (1 12)之-間； 一第一電阻（341)，耦合至該靜電放電（ESD)保護裝置 的第一閘極（ 336)和接地；及 一耦合電容器（ 1304)，耦合至該SCR的第二閘極（334) 和接地。 7· —種靜電放電（ESD)保護電路（1 502)，位於具有保護電 路半導體積體電路（IC)(100)内，該靜電放電（ESD)保護 電路包括： 一焊墊（1 04)，適於連接至該積體電路的保護電路節 點； 一矽晶控制整流器（SCR)(306)，耦合於該焊墊和接地 (Π 2)之間； 一第一電阻（341)，耦合至該靜電放電（ESD)保護裝置 的第一閘極（ 336)和接地；及 一耦合電容器（1304)，耦合至該SCR的第一閘極和該 -50 - 本紙悵尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） M3179 Λ8 B8 C8 ______ ㈤ ^申請專利範圍 焊墊。 8·—種靜電放電（ESD)保護電路（17〇2)，位於具有保護電 路〈半導體積體電路（1C) (100)内，該靜電放電（ESD)保 護電路包括： —焊墊（1 04)，適於連接至該積體電路的保護電路節 點； —SCR保護裝置（306)，耦合於該焊墊和接地（n2)之 間；及 一個以上的金氧半導體開啟裝置（1708)，其閘極搞合 至少與該汲極同高的電位，該金氧半導體開啟裝置係選 自由下列各物組成之群，包括N型金氧半導體和p型金氧 半導體，並且從該焊墊耦合至SCR保護裝置的第一閘極 (336) 〇 9. 一種靜電放電（ESD)保護電路（1702，18〇2)，位於具有 保護電路之半導體積體電路（1C) (100)内，該靜電放電 (ESD)保護電路包括： 一焊墊（1 04)，適於連接至該積體電路的保護電路節 點； 一 SCR保護裝置（306)，耦合於該焊墊和接地（112)之 間；及 一齊納（Zener)二極體（ 1908)，依反向偏壓的方向從該 焊墊耦合至SCR保護裝置的第一閘極（336)。 10. —種靜電放電（ESD)保護電路（2102到2402)，位於具有 保護電路之半導體積體電路（IC)( 1〇〇)内，該靜電放電 -51 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格（21〇X 297公费） 543179 Λ8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (ESD)保護電路包括： 一焊墊（104)，適於連接至該積體電路的保護電路節點； 一電容降低二極體（2 1 08)，依順向傳導的模式串聯耦 合於該靜電放電（ESD )保護裝置（302)的陽極（322)和該焊 墊之間，該電容降低二極體的寄生電容值小於該ESD保 護裝置（ 302)的寄生電容值；及 一靜電放電（ESD)保護裝置（302)，耦合於該電容降低 二極體和接地（112)之間。 11. 一種靜電放電（ESD)保護電路（2002)，位於具有保護電 路和複數個混合供應電壓線（2004)之半導體積體電路 (IC )(100)内，該靜電放電（ESD)保護電路包括·· 一矽晶控制整流器（SCR)(306)，具有一陽極（322)和陰 極，該陽極耦合至第一電壓供應線（2004D，並且該陰極 耦合至接地；及 複數個寄生電容（2006)，分別耦合於每一個該電壓供 應線和該接地陰極之間。 12. —種具有電流鏡像的觸發器的多指銷靜電放電（ESD)保 護裝置（2702)，包括： 一溫度補償觸發器裝置（2708)，具有至少一個第一 P型 金氧半導體裝置（2610)串聯耦合於電壓供應線（2004)和 至少一個觸發器二極體320之間，該一個以上的觸發器二 極體依向前傳導的方向耦合至接地（1 1 2); 至少二個SCR指銷（2706)，其中每一個SCR指銷包括： 一 SCR( 306)，具有一陽極（ 322)耦合至該電壓供應線， -52 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（‘210X 297公釐） 543179 A BCD 六、申請專利範圍 並且一陰極棘合至接地； 一第二P型金氧半導體裝置（2704)串聯耦合於該電壓供 應線和該SCR的第一閘極（ 336)之間；及 該第一 P型金氧半導體裝置的閘極，耦合至每一個該 SCR焊墊的第二P型金氧半導體裝置（2704)的閘極。 13. —種具有電流鏡像的觸發器的多指銷靜電放電（ESD)保 護裝置（2702)，包括： 一溫度補償觸發器裝置（2708)，具有至少一個第一N型 金氧半導體裝置（2610)串聯耦合於接地（112)和至少一個 觸發器i極體320之間，該至少一個觸發器二極體依順向 導通的方向耦合至一電壓供應線（2004); 至少二個SCR指銷（2706)，其中每一個SCR指銷包括： 一 SCR(306)，具有一陽極（322)耦合至該電壓供應線， 並且一陰極耦合至接地； 一第二N型金氧半導體裝置（2704)，串聯耦合於接地和 該S C R的第二閘極（3 3 4)之間；及 該第一 N型金氧半導體裝置的閘極，耦合至每一個該 SCR指銷的第二N型金氧半導體裝置（2704)的閘極。 14. 一種具有電流鏡像的觸發器的多指銷SCR靜電放電（ESD) 保護裝置（2702)，包括： 一溫度補償觸發器裝置（2708)，具有至少一個第一 P型 金氧半導體裝置（2610)串聯耦合於電壓供應線（2004)和 至少一個觸發器二極體（320)之間，該至少一個觸發器二 極體依順向傳導的方向耦合至至少一個N型金氧半導體 -53 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 x 297公釐） D8 六、申請專利範圍 裝置，該至少一個N型金氧半導體裝置耦合至 (112) ； ^ 至少二個SCR指銷（2706),其中每一個SCR指銷包括： 一 SCR(306)，具有一陽極（322)耦合至該電壓供應線， 並且一陰極耦合至接地； “ 一第二P型金氧半導體裝置（2704),串聯耦合於該電壓 供應線和該SCR的第一閘極（336)之間；及 包L 該第一P型金氧半導體裝置的閘極，耦合至每一個該二 極體開啟矽晶控制整流器（DTSCR)指銷的第二p型金氧 半導體裝置（27〇4)的閘極； 一第二N型金氧半導體裝置（27〇4),争聯耦合至接地和 该SCR的第二閘極（3 3 4)之間；及 該第一 N型金氧半導體裝置的閘極，耦合至每一個該二 極體開啟矽晶控制整流器（DTSCR)指銷的第二N型金氧 半導體裝置（2704)的閘極。 15· —種互補SCR靜電放電（ESD)保護電路（2802)包括： 一第一 SCR 306丨’具有一陽極耦合至電壓供應線 (2004); —陰極耦合至I/O焊墊（1〇4);和一第一觸發器 閘極（ 336!)耦合至接地（112); 一第一 SCR 3062，具有一陽極摘合至該丨/0焊塾 (104); —陰極耦合至接地（丨12);和一第二觸發器閘極 (3342)耦合至該電壓供應線（2〇〇4);及 其中寄生電容（2 804)係形成於該電壓供應線和接地之 間0 -54 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公發）