静电放电防护电路及静电放电防护方法技术

本发明专利技术提供一种静电放电防护集成电路，包括一可控硅整流器，其具有一第一掺杂型的基体、一形成于基体中而为第二掺杂型的半导体阱区、一形成于半导体阱区中而为第一掺杂型的第一扩散区，以及一形成于半导体阱区之外而为第二掺杂型的第二扩散区；一控制电路，其连接至可控硅整流器以于第一状况期间提供一第一维持电压至可控硅整流器以使其不致栓锁，以及于第二状况期间提供一第二维持电压至可控硅整流器以使其保持栓锁状态，其中第一维持电压不同于第二维持电压。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体组件，特别有关于一种与正常操作期间不会发生栓锁(latch-up)的静电放电(Electrostatic Discharge；ESD)防护电路。
技术介绍
半导体集成电路(IC)，例如具有高阶全氧半(MOS)晶体管的IC，一般皆容易受到静电放电(ESD)的影响而遭破坏或损毁。高阶MOS晶体管传统上具有诸如短信道长度，低临界电压及薄栅极氧化层等特性。此等以深次微米互补式全氧半(CMOS)制程所制造而具有轻掺杂漏极(LDD)结构与硅化物屏蔽区的MOS晶体管，更容易遭受ESD破坏。ESD是指在短瞬间大量流至IC的带有正或负电荷的电流。此大电流的来源有多种，例如人体及机器放电，分别称为人体放电模型(HBM)及机器放电模型(MM)。IC在制造、传输或处理期间容易受到HBM及MM的破坏。习知以CMOS制程所制造的ESD防护结构一般包括NMOS/PMOS晶体管、可控硅整流器(SCR)、二极管、电阻器、厚氧化层组件(FOD)及寄生式垂直/水平双载子接面晶体管(BJT)。在此等习知的ESD防护结构中，SCR由于本身特性，例如低维持电压，而能在较小的布局面积下，承受较高的ESD电流。然而，制作SCR的一般CMOS制程可能用到较SCR的维持电压为高的电源电压。举例而言，习知SCR的维持电压一般约为1伏特，而电源电压则为2.7至5伏特。结果，由ESD所引起的SCR栓锁或SCR瞬时栓锁可能无法关闭。此外，SCR在正常操作期间因突波或电泳等噪声而容易形成栓锁或瞬时栓锁。在正常操作期间一旦出现SCR栓锁，则由此SCR所防护的IC将无法正常操作，甚至遭损毁。已有许许多多的技术用来防止SCR于正常操作期间发生栓锁。图1所示即为一例。图1为美国专利第6,031,405号(下称405号专利)的图4。405号专利系颁予Yu等人，其专利技术名称为「正常操作期间不会发生栓锁的ESD防护电路」。405号专利所揭为一种含有一SCR及一开/关控制器的ESD防护电路。此SCR连接于一IC垫片与一接地端之间以形成一ESD路径。开/关控制器则连接至SCR的阴极。于正常操作期间，即使出现噪声干扰，开/关控制器将此条ESD路径断路以防止栓锁。然而，ESD电流不只流经SCR，还流经开关晶体管M1。有鉴于此，开/关控制器必须做得够大以供ESD大电流通过。必须占用较大晶片尺寸面积的晶体管M1就现今小尺寸的ESD防护组件需求而言，不但不经济，而且不实用。图2所示则为另一先前技术。图2为美国专利第6,172,404号(下称404号专利)的图4a。404号专利颁予Chen等人，其专利技术名称为「可调整维持电压的SCR ESD防护」。404号专利揭示一种SCR，其具有一n+区40于此SCR的N阱区中。电阻50形成于pnp寄生式双载子晶体管的基极与n+区40之间。电阻50可使更多电流通过，因而使该pnp双载子晶体管难以开启。结果使该SCR的维持电压增加。维持电压的大小取决于n+区40在N阱区中的位置。虽然404号专利能将SCR的维持电压提升至高过电源电压Vdd的位准，但此种维持电压一旦决定则无法再加调整。具有此固定、高维持电压的SCR无法承受大的ESD电流。此外，在其它条件不变下，高维持电压的SCR所产生的热较低维持电压的SCR者为多。另外，高维持电压的SCR通常将ESD箝制于较电源电压Vdd更高的电压位准，如此可能会破坏内部电路。
技术实现思路
因此，本专利技术系有关一种ESD防护电路，可克服上述先前技艺的限制或缺点所衍生的诸多问题。为达成上述目的，本专利技术提供一种静电放电防护的集成电路，包括一可控硅整流器(SCR)，以及一连接至SCR的控制电路，于第一状况期间提供SCR的第一维持电压以使SCR不致栓锁，以及于第二状况期间提供SCR的第二维持电压以使SCR保持于栓锁状态，其中第一维持电压不同于第二维持电压。在本专利技术中，SCR包含一寄生双载子晶体管及一连接于该寄生双载子晶体管的基极与射极间的寄生电阻，且控制电路系与寄生电阻并联。在本专利技术中，控制电路于第一状况期间呈现小于该寄生电阻的阻值，而于第二状况期间呈现大于该寄生电阻的阻值。本专利技术亦提供一种静电放电防护的集成电路，包括一MOS触发的SCR，其包含一可控硅整流器(SCR)以及一连接至SCR以触发该SCR的金氧半(MOS)晶体管，以及一控制电路，其连接至MOS触发的SCR以于第一状况期间提供一第一维持电压至MOS触发的SCR以使MOS触发的SCR不致栓锁，以及于第二状况期间提供一第二维持电压至MOS触发的SCR以使MOS触发的SCR保持于栓锁状态，其中第一维持电压不同于第二维持电压。在本专利技术中，控制电路包含一电容器，其一端连接至一接触垫片以耦合该接触垫片的部分ESD电压。本专利技术亦提供一种静电放电防护的集成电路，包括一可控硅整流器(SCR)，其具有一第一掺杂型的基体、一形成于基体中而为第二掺杂型的半导体阱区、一形成于半导体阱区中而为第一掺杂型的第一扩散区，以及一形成于半导体阱区的外而为第二掺杂型的第二扩散区，以及一控制电路，其系连接至SCR以于第一状况期间提供一第一维持电压至SCR以使SCR不致栓锁，以及于第二状况期间提供一第二维持电压至SCR以使SCR保持栓锁状态，其中第一维持电压不同于第二维持电压。本专利技术另亦提供一种静电放电约防护方法，包括提供一个具有第一维持电压的可控硅整流器(SCR)，以及于第一状况期间控制SCR的维持电压使其高于一电源电压以使SCR不致栓锁，以及于第二状况期间控制SCR的维持电压使其低于电源电压以使SCR保持于栓锁状态。在本专利技术中，另包括将SCR连接于一第一电源线路及一第二电源线路之间。本专利技术提供一种静电放电防护的集成电路，包括一个可控硅整流器(SCR)；一个第一导电型的第一晶体管，与SCR一体成型，具有一第一栅极；一个第二导电型的第二晶体管，与SCR一体成型，具有一第二栅极；以及一个控制电路，因应于一施加至第一与第二栅极的第一电压，提供一第一维持电压至SCR以使SCR不致栓锁，且因应于一施加至第一与第二栅极的第二电压，提供一第二维持电压至SCR以使SCR保持于栓锁状态。本专利技术亦提供一种静电放电防护的集成电路，包括一个可控硅整流器(SCR)；一个与SCR一体成型的p型晶体管；一个与SCR一体成型的n型晶体管；一个连接至p型与n型晶体管的控制电路，其提供一第一电压至SCR以使SCR不致栓锁，并且提供一第二电压至SCR以使SCR保持于栓锁状态。本专利技术亦提供一种静电放电(ESD)防护的集成电路，包括一个具有第一电压位准的第一电源线路；一个具有第二电压位准的第二电源线路；多个接触垫片；多个可控硅整流器(SCR)，每一个SCR皆包括一个p型晶体管与一个n型晶体管，该p型与n型晶体管与SCR一体成型；以及一个控制电路，经由p型与n型晶体管提供一第一维持电压至该等SCR以使该等SCR不致栓锁，并且经由p型与n型晶体管提供一第二维持电压至该等SCR以使该等SCR于ESD脉冲出现在第一电源线路或接触垫片的一的ESD期间内保持于栓锁状态。本专利技术亦提供一种静电放电防护的方法，包括提供一个具有一维持电压的可控硅整流器(SCR)；将一个第一导电型的第一晶体管与SCR一体成型，第一晶体管具有一第一栅极；将一个第二导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电放电防护集成电路，其特征在于包括：一可控硅整流器；一连接至可控硅整流器的控制电路，于第一状况期间提供可控硅整流器第一维持电压以使其不致栓锁，以及于第二状况期间提供可控硅整流器第二维持电压以使其保持于栓锁状态，其中第一 维持电压不同于第二维持电压。

【技术特征摘要】
1.一种静电放电防护集成电路，其特征在于包括一可控硅整流器；一连接至可控硅整流器的控制电路，于第一状况期间提供可控硅整流器第一维持电压以使其不致栓锁，以及于第二状况期间提供可控硅整流器第二维持电压以使其保持于栓锁状态，其中第一维持电压不同于第二维持电压。2.如权利要求1所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述可控硅整流器包含一寄生双载子晶体管及一连接于该寄生双载子晶体管的基极与射极间的寄生电阻。3.如权利要求2所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述控制电路于第一状况期间呈现小于该寄生电阻的阻值。4.如权利要求3所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述控制电路于第二状况期间呈现大于该寄生电阻的阻值。5.如权利要求1所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述可控硅整流器包含一p型基体、一形成于p型基体中的n阱区、一形成于n阱区中的p型扩散区以及一形成于n阱区外的n型扩散区。6.如权利要求1所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述控制电路包含一连接至可控硅整流器的金氧半晶体管，以及一提供延迟的电阻电容电路。7.如权利要求4所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述控制电路包含一NMOS晶体管，其具有一漏极连接至一个部分形成于该n阱区中的扩散区。8.如权利要求4所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述控制电路包含一PMOS晶体管，其具有一源极连接至一个部分形成于该n阱区的扩散区。9.如权利要求7所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述控制电路包含一电阻，该电阻的一端连接至NMOS晶体管的栅极，以及一电容，该电容的一端连接至该电阻以及该NMOS晶体管的栅极。10.如权利要求9所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述控制电路包含一反相器，一电阻以及一电容，该反相器的一输出端连接至PMOS晶体管的栅极，该电阻的一端连接至反相器的一输入端，而该电容的一端连接至电阻及反相器的输入端。11.如权利要求4所述的静电放电防护集成电路，其特征在于另包含一PMOS晶体管用以触发可控硅整流器，该PMOS晶体管具有一源极连接至可控硅整流器的p型扩散区，一漏极连接至可控硅整流器的p型基体，以及一基体连接至可控硅整流器的n阱区。12.如权利要求4所述的静电放电防护集成电路，其特征在于另包含一NMOS晶体管用以触发可控硅整流器，该NMOS晶体管具有一源极连接至可控硅整流器的n型扩散区，一漏极连接至可控硅整流器的n阱区，以及一基体连接至可控硅整流器的p型基体。13.一种静电放电防护集成电路，其特征在于包括一MOS触发的可控硅整流器，其包含一可控硅整流器以及一连接至可控硅整流器以触发该可控硅整流器的金氧半晶体管；以及一控制电路，其连接至MOS触发的可控硅整流器，以于第一状况期间提供一第一维持电压至MOS触发的可控硅整流器，以使MOS触发的可控硅整流器不致栓锁，以及于第二状况期间提供一第二维持电压至MOS触发的可控硅整流器，以使MOS触发的可控硅整流器保持于栓锁状态，其中第一维持电压不同于第二维持电压。14.如权利要求13所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述MOS触发的可控硅整流器为第一MOS触发可控硅整流器，其包含一PMOS晶体管及一第一可控硅整流器，以及其中该集成电路另包括一第二MOS触发可控硅整流器，其包含一NMOS晶体管及一第二可控硅整流器。15.如权利要求14所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述连接至第一MOS触发可控硅整流器的控制电路为一第一控制电路，该集成电路另包括一连接至第二MOS触发可控硅整流器的第二控制电路。16.如权利要求14所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述第一控制电路包含一电容器，其一端连接至一接触垫片以耦合该接触垫片的部分静电放电电压。17.如权利要求15所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述第二控制电路包含一电容器，其一端连接至一接触垫片以耦合该接触垫片的部分静电放电电压。18.如权利要求15所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述第一控制电路包含一NMOS晶体管以及一反相器，该反相器连接至NMOS晶体管的栅极以及PMOS触发可控硅整流器的PMOS晶体管的栅极。19.如权利要求16所述的静电放电防护集成电路，其特征在于所述第二控制电路包含一PMOS晶体管以及一反相器，该反相器连接至PMOS晶体管的栅极以及NMOS触发可控硅整流器的NMOS晶体管的栅极。20.一种静电放电防护集成电路，其特征在于包括一可控硅整流器，其具有一第一掺杂型的基体、一形成于基体中而为第二掺杂型的半导体阱区、一形成于半导体阱区中而为第一掺杂型的第一扩散区，以及一形成于半导体阱区之外而为第二掺杂型的第二扩散区；一控制电路，其连接至可控硅整流器以于第一状况期间提供一第一维持电压至可控硅整流器以使其不致栓锁，以及于第二状况期间提供一第二维持电压至可控硅整流器以使其保持栓锁状态，其中第一维持电压不同于第二维持电压。21.一种静电放电的防护方法，包括提供一个具有第一维持电压的可控硅整流器；于第一状况期间控制可控硅整流器的维持电压使其高于一电源电压以使可控硅整流器不致栓锁，以及于第二状况期间控制可控硅整流器的维持电压使其低于电源电压以使可控硅整流器保持于栓锁状态。22.如权利要求21所述的静电放电的防护方法，其特征在于另包括提供一连接至可控硅整流器的p型金氧半晶体管以于第二状况期间触发该可控硅整流器。23.如权利要求21所述的静电放电的防护方法，其特征在于另包括提供一连接至可控硅整流器的n型金氧半晶体管以于第二状况期间触发该可控硅整流器。24.如权利要求21所述的静电放电的防护方法，其特征在于另包括将可控硅整流器连接于一第一电源线路及一第二电源线路之间。25.如权利要求24所述的静电放电的防护方法，其特征在于另包括以该第一电源线路做为Vdd线路，且以该第二电源线路做为Vss线路。26.一种静电放电防护集成电路，其特征在于包括一个可控硅整流器；一个第一导电型的第一晶体管，与可控硅整流器一体成型，具有一第一栅极；一个第二导电型的第二晶体管，与可控硅整流器一体成型，具有一第二栅极；一个控制电路，因应于施加至第一与第二栅极的第一电压，提供一第一维持电压至可控硅整流器以使其不致栓锁，且因应于施加至第一与第二栅极的第二电压，提供一第二维持电压至可控硅整流器以使其保持于栓锁状态。27.如权利要求26所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈子平，张智毅，柯明道，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]