[發明專利]ESD保護裝置

有效

• 申請號: 201210016467.6
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN102623449A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 斯特芬·霍蘭;潘之昊
• 申請（專利權）人: NXP股份有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本公開內容通常涉及靜電放電(ESD)保護，并且更具體地涉及靜電放電(ESD)保護裝置。

背景技術

ESD保護裝置用來保護多種集成電路和系統。系統級ESD保護裝置特別設計用于在不妨礙正常操作模式(即，非ESD條件下的操作并處于工作電壓/電流范圍內)的情況下提供對ESD脈沖的保護。ESD保護裝置具有通常與ESD保護裝置上的閾值電壓降相關的鉗位電壓，該保護裝置在該鉗位電壓處導通以通過/分流電流。例如，該閾值電壓可以作為ESD事件開始時的ESD脈沖的第一峰值出現。在多種應用中，在20～30ns左右達到ESD事件的最大電壓。

發明內容

在多個實施方案和應用中舉例說明了本發明，這些實施方案和應用中的一些總結如下。

根據多種示例性實施方式，一種ESD保護裝置為系統提供了ESD脈沖保護。該ESD裝置包括具有交替導電類型的多個相鄰半導體區域，包括在其間形成第一P-N結的第一區域和第二區域、與第二區域一起形成P-N結的第三區域、與第三區域一起形成P-N結的第四區域、以及與第四區域一起形成P-N結的第五區域。第一觸點連接至第一區域，第二觸點連接至第五區域。電阻器連接在第三區域和第五區域之間。電阻器與第一、第二、第三和第五區域形成第一電流路徑，第一電流路徑配置用于響應于超過由第一、第二和第三區域形成的第一晶體管的擊穿閾值的電壓，使電流經由第一區域和第五區域在第一觸點和第二觸點之間流動。第一、第二、第三、第四和第五區域形成第二電流路徑，第二電流路徑配置用于響應于流過電阻器的電流超過由第三、第四和第五區域形成的第二晶體管上的電壓達到第二晶體管的擊穿電壓時的閾值，使電流經由第一區域和第五區域在第一觸點和第二觸點之間流動。

另一種示例性實施方式涉及一種ESD裝置，包括雙極晶體管和閘流管，配置用于響應于ESD事件流出電流。該雙極晶體管包括發射極、集電極和基極，并且所述發射極連接至第一外部觸點。閘流管包括交替P-型和N-型半導體材料的四個區域，包括連接至雙極晶體管的基極的第一端部區域，第一端部區域和雙極晶體管的基極由相同類型的半導體材料形成。閘流管的第一中間區域與第一端部區域形成P-N結，并連接至雙極晶體管的集電極。第二區域和雙極晶體管的集電極由相同類型的半導體材料形成。閘流管的第二中間區域與第一中間區域形成P-N結，并由與第一端部區域相同類型的半導體材料形成。閘流管的第二端部區域與第二中間區域形成P-N結并連接至第二外部觸點。第二端部區域由與第一中間區域相同類型的材料形成。電阻器連接至雙極晶體管的集電極、閘流管的第一中間區域和閘流管的第二端部區域。

本公開內容的多種實施方式涉及用于在第一觸點和第二觸點之間分流電流的方法。該方法用在具有交替導電類型的多個相鄰半導體區域的靜電放電(ESD)電路上。所述多個相鄰半導體區域包括在其間形成第一P-N結的第一區域和第二區域、與第二區域形成P-N結的第三區域、與第三區域形成P-N結的第四區域、以及與第四區域形成P-N結的第五區域。電阻器連接在第三區域和第五區域之間。第一區域連接至易受ESD脈沖影響的第一觸點，第五區域連接至第二觸點。該方法如下。響應于第一觸點處的在由第一、第二和第三區域形成的第一晶體管上引起電壓降的電壓超過第一晶體管的閾值電壓，電流通過第一觸點和第二觸點之間的電流路徑流動。第一電流路徑包括所述第一晶體管、所述電阻器和第五區域。響應于流過第一電流路徑中的電阻器的超過閾值的電流，在所述閾值處電阻器兩端的電壓已經相應地由第三、第四和第五區域形成的第二晶體管兩端的電壓達到第二晶體管的擊穿電壓，電流通過第一觸點和第二觸點之間的第二電流路徑流動。第二電流路徑包括第一、第二、第三、第四和第五區域。

在多種實施方式中，ESD保護裝置配置具有兩個擊穿電壓。在第一擊穿電壓處，電流通過第一電流路徑從ESD保護裝置的發射極流向集電極，所述第一電流路徑包括與電阻器串聯的晶體管。當電阻器上的電壓降隨著電流增加而增加至第二擊穿電壓時，該裝置的具有第二擊穿電壓的第二部分斷開第二電流路徑。

上述討論不是要描述本公開內容的每一種實施方式或每一種實施方案。接下來的附圖和詳細描述更具體地舉例說明多種實施方式。

附圖說明

考慮結合附圖的本發明的多種實施方式的以下詳細描述，將可以更完全地理解本發明，在附圖中：

圖1示出了根據本公開內容的實施方式的ESD保護裝置的示意性圖示；

圖2示出了根據本公開內容的實施方式的ESD保護裝置的垂直實施方案；