[發明專利]靜電保護電路

有效

• 申請號: 200810091766.X
• 申請日: 2008-04-14
• 公開（公告）號: CN101286509A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發明（設計）人: 奧島基嗣
• 申請（專利權）人: 恩益禧電子股份有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L23/60;H02H9/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 鐘強;關兆輝

技術領域

本發明涉及到一種靜電保護電路，特別是針對從外部端子流入的靜電放電(ESD：electrostatic?discharge)的保護電路。

背景技術

由MOS晶體管等構成的半導體集成電路裝置(IC)要求具有針對由靜電放電而施加于半導體集成電路裝置的外部端子(輸入輸出墊片)上的浪涌電壓以及浪涌電流的ESD抗性。因此，一般在外部端子上連接靜電保護電路。作為這種靜電保護電路的一種，使用將柵極接地的NMOS晶體管構成的保護元件。

然而，近幾年，半導體集成電路裝置的精細化在進步，內部晶體管的靜電放電抗性變得重要。圖13為表示隨著晶體管的精細化，柵極氧化膜的破壞電壓(V_BD)和保護元件的鉗位電壓(V_clamp)的變化的圖。在圖13中，隨著晶體管的精細化，柵極氧化膜變得薄膜化，V_BD與柵極氧化膜厚度大致成比例地急劇減少。與此相對，將柵極接地的NMOS晶體管類型的保護元件的V_clamp幾乎不降低，表示ESD抗性的設計窗口(V_BD-V_clamp)變小。

為了擴張該設計窗口(design?window)，已知有進一步在被保護元件上設置輔助性的保護電路(第二保護元件)的技術。通過第二保護元件，使得主要保護元件(第一保護元件)的靜電放電時產生的電壓被緩和，不會直接施加到被保護元件上。亦即，能夠擴張設計窗口。其中，第一保護元件具有流盡由靜電放電產生的大電流的能力。并且，第二保護元件針對第一保護元件使大電流放電時產生的電壓，緩和在被保護元件的最為關鍵的位置產生的電壓。

該種靜電保護電路的一個例子被記載在非專利文獻1中，其他例子記載在專利文件1中(參照圖14)。

在圖14中，輸入端子In與接地端子GND之間具有靜電保護元件100a，在輸入端子In與電源端子VDD之間具有靜電保護元件100b。并且，電阻元件R101位于輸入端子In與Nch晶體管N101及Pch晶體管P101的柵極之間。進而，在該兩個柵極與接地端子GND之間，保護元件101具有例如兩個柵極與漏極相連接，接地端子GND與柵極及源極相連接的Nch晶體管N102。Nch晶體管N101與Pch晶體管P101構成輸入級驅動(倒相電路)，向內部電路傳遞提供給輸入端子In的信號。

在如上構成的靜電保護電路中，靜電保護元件100a、100b作為第一保護元件(主保護元件)起作用，電阻元件R101以及保護元件101作為第二保護元件起作用。并且，輸入級驅動相當于被保護元件。亦即，在輸入端子In上施加由靜電放電引起的電壓V_ESD的情況下，通過靜電保護元件100a不能吸收的放電電流Id經由電阻元件R101以及保護元件101(擊穿后的Nch晶體管N102)流到接地端子GND。此時，Nch晶體管N101的源極、柵極之間的電壓V_stress被Nch晶體管N102的擊穿電壓限制，防止Nch晶體管N101受到由靜電放電引起的損傷。

并且，專利文獻1中記載了其他靜電保護電路的例子(參照圖15)。在圖15中，輸入端子IN和接地端子VSS之間具有靜電保護元件206，輸入端子IN和電源端子VDD之間具有靜電保護元件208。并且，靜電保護元件226在輸入端子IN即Nch晶體管204及Pch晶體管202的柵極和Nch晶體管204的源極之間，靜電保護元件228在輸入端子IN與Pch晶體管202的源極之間。進而，Nch晶體管204的源極與接地端子VSS之間具有電阻元件等阻抗電路224，Pch晶體管202的源極與電源端子VDD之間具有電阻元件等阻抗電路222。Nch晶體管204和Pch晶體管202構成輸入級驅動(倒相電路)，將輸入端子IN提供的信號傳遞給輸出OUTPUT。

在如上構成的靜電保護電路中，靜電保護元件206、208作為第一保護元件(主保護元件)起作用，靜電保護元件226與阻抗電路224、以及靜電保護元件228與阻抗電路222作為第二保護元件起作用。并且，輸入級驅動相對于被保護元件。亦即，由靜電放電向輸入端子IN施加電壓Vesd的情況下，不能被靜電保護元件206吸收的放電電流經由靜電保護元件226和阻抗電路224流到接地端子VSS。此時，Nch晶體管204的源極、柵極間的電壓被靜電保護元件226的擊穿電壓Vasp限制，防止Nch晶體管204受到由靜電放電引起的損傷。另外，對于Pch晶體管202，也同樣地起到靜電保護功能，因而省略其說明。