[發明專利]可容許高電壓的輸出/輸入端口及靜電放電保護電路

無效

• 申請號: 01110716.2
• 申請日: 2001-04-13
• 公開（公告）號: CN1381885A
• 公開（公告）日: 2002-11-27
• 發明（設計）人: 陳偉梵;李淑娟;俞大立;林錫聰
• 申請（專利權）人: 華邦電子股份有限公司
• 主分類號: H01L23/00
• 分類號: H01L23/00;H01L27/02
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 程偉

本發明是有關于一種可容許高電壓的輸出/輸入端口(highvoltage?tolerance?input/output?port)，尤指一種可以容許輸入電壓大于集成電路的電源電壓的輸出入端口以及相關的靜電放電保護電路。

隨著半導體工藝的演進，半導體芯片上的特征尺寸(feature?size)不斷的減小，而且集成電路所使用的電源電壓也跟著減小。但是，往往一個新的集成電路出現的時候，外在相關聯的集成電路多是使用舊的半導體工藝，也就是使用較高的電源電壓。因此，新的集成電路的輸出入端口便必須設計的能夠接受外界輸入比較大的電壓，才能夠真正的用于現實的環境中。

請參閱第1圖，第1圖為一種現有的輸出入端口的電路示意圖。一種現有的輸出/輸入端口是使用兩個鉗位二極管(clampingdiode)10、12來鉗位接合墊(pad)14到內部電路16中的電壓，使得內部電路16中所接受到的電壓值不會超過電源VDD以及電源VSS的值。但是，如此的輸出/輸入端口遇到外界送入比電源VDD高的電壓時，電源VDD會被強制的灌電(charge?up)，會造成內部電路的錯誤動作(mis-fuction)，所以如第1圖般的電路是不能當作一個可容許高電壓的輸出/輸入端口。

請參閱第2圖以及第3圖，第2圖為一種現有的輸入端口加上兩個半導體控制整流器的電路示意圖，第3圖為第2圖中的半導體控制整流器的芯片剖面示意圖。現有的輸入端口除了會造成內部電路的錯誤動作外，還會造成柵氧化層老化(gate?oxide?aging)的問題。如第2圖所示，一旦接合墊14上出現了高于電源VDD的穩定電壓，這樣的高電壓便會出現于所有與接合墊14相連的接點，譬如說輸入端口的n型金氧半晶體管18的柵極、以及兩個半導體控制整流器20的一端。因為在半導體工藝的考慮上，n型金氧半晶體管18的柵氧化層都只是設計來承受大約相當于電源VDD的電壓值，所以一個高于電源VDD的穩定電壓差出現在n型金氧半晶體管18的柵氧化層上便會促使柵氧化層急速老化，結果便是n型金氧半晶體管18的柵氧化層(如22所標示的區域)的可靠性會有問題。相同的道理，半導體控制整流器中的n型金氧半晶體管24，也會有一樣的問題，如第3圖所示。接合墊14的電壓經過了n型井傳導到n型金氧半晶體管24的一源/漏極25，而n型金氧半晶體管24的柵極保持于電源VSS的電壓值(即是接地)，所以一旦接合墊14的電壓持續的保持在高電位，26所標示的區域的柵氧化層便有老化的問題。

請參閱第4圖，第4圖為一種現有的可容許高電壓的輸出入端口。為了解決柵氧化層老化的問題，有許多種的方法都已經被發表過了，但是往往是必須增加工藝上的復雜性。如第4圖所示，一種解決方法是在接合墊14和內部電路30間串接一個空乏式n型金氧半晶體管32，用來阻擋接合墊14上高于電源VDD的電壓到達內部電路30的柵極處，以防止柵氧化層老化。但是，如此的方法勢必要在半導體工藝中多加一道掩膜以及相關的離子注入工藝，增加了工藝的成本。

有鑒于此，本發明的主要目的，在于提供一種可容許高電壓的輸出入端口以及靜電放電保護電路。本發明的靜電放電保護電路，用以釋放接合墊上的靜電應力。在不變更半導體工藝的條件下，經由電路的設計之后，輸出/輸入端口中的n型金氧半晶體管中的柵氧化層上的電壓差不再會有大于電源VDD的情形，所以沒有柵氧化層老化的問題。

本發明通過以下措施來達到：

一種可容許高電壓的輸出入端口，耦合于一集成電路的一接合墊，其包含有：

一分壓電路，耦合于該接合墊，且依據該接合墊上的電壓以產生一

較該接合墊上的電壓小的參考電壓；以及

一開關電路，其包含有一控制柵極，該控制柵極是依據該參考電壓

控制該開關電路的開關。

一種可容許高電壓的靜電放電保護電路，耦合于一集成電路的一接合墊，其包含有：

一分壓電路，耦合于該接合墊，且依據該接合墊上的電壓以產生一

較該接合墊上的電壓小的參考電壓；以及

一半導體控制整流器，耦合于該接合墊，其包含有一第一n型金氧

半晶體管，該第一n型金氧半晶體管的柵極是依據該參考電壓以觸

發該半導體控制整流器而達靜電放電的目的。

根據上述的目的，本發明提出一種可容許高電壓的輸出入端口，耦合于一集成電路的一接合墊。輸出入端口包含有一分壓電路以及一開關電路。分壓電路耦合于接合墊上，且依據接合墊上的電壓以產生一較接合墊上的電壓小的參考電壓。開關電路包含有一控制柵極，控制柵極是依據參考電壓控制該開關電路的開關。