静电放电保护控制电路及系统的制作方法

本发明涉及一种静电放电(ElectrostaticDischarge，ESD)保护控制电路及系统，尤其涉及一种可提升集成电路(IntegratedCircuit，IC)的输出接点(OutputPad)上静电放电保护能力的静电放电保护控制电路及系统。
背景技术：
：随着半导体工艺技术的进步，电路组件的尺寸缩减到微米以下的等级，使得集成电路(IntegratedCircuit，IC)的效率及速度大幅提升，然而，由于组件尺寸的缩小，可靠度问题的重要性也随之而提升。其中，静电放电(ElectrostaticDischarge，ESD)为最重要的可靠度问题之一。当外界存在的静电量相同的情形下，由于先进工艺的电路组件具有较小的尺寸，其对静电放电的耐受能力较差。因此，先进工艺的电路组件更容易受到静电放电的影响而损坏。现有用来提升输出接点(OutputPad)上静电放电保护能力的电路设计有两种。一种是自我保护方法，另一种则采用外接静电放电保护单元(ESDProtectionCell)来协助执行静电放电保护。请参考图1，图1为一集成电路的一输出接点进行自我保护的电路结构示意图。图1绘出开漏极(opendrain)的电路结构，其包括一输出接点LX、一输出晶体管100及一前级102。在上述开漏极电路结构中，输出晶体管100为一N型金氧半场效晶体管(N-typeMetalOxideSemiconductor(NMOS)Transistor)，其漏极(drainterminal)耦接于输出接点LX。输出晶体管100的栅极(gateterminal)则耦接于前级102，用来接收来自于前级102的控制信号。前级102包括一反相器104，用来输出控制信号，以驱动输出晶体管100的运作。在图1的电路结构中，输出晶体管100的电路布置(layout)应采用具有静电放电耐受能力的布置规则，例如提高接触点(contact)到多晶硅层(poly-Silayer)的距离及/或设置一硅 化物阻挡层(salicideblocklayer，SABlayer)。通过上述方式，输出晶体管100可在未包括额外静电放电保护单元的情形下，承受较高的静电放电强度。然而，具有较高静电放电耐受能力的布置规则通常需要占用较大面积，其往往伴随着效率的下降，特别是当输出晶体管100是具有大面积的电源供应晶体管的情况下，为了符合静电放电保护的布置规则，布置面积更容易大幅增加。请参考图2，图2为连接一外接静电放电保护单元200的一集成电路的一输出接点的电路结构示意图。图2的电路结构相似于图1的电路结构，故相同电路组件都以相同符号表示，两者的主要差异在于，图2还包括静电放电保护单元200，其并联于输出晶体管100，当静电放电电流从输出接点LX输入时，静电放电保护单元200可用来通过静电放电电流。然而，在输出晶体管100的栅极与漏极之间存在一寄生电容Cgd，当一静电放电电压到达输出接点LX时，所述静电放电电压会耦合至输出晶体管100的栅极，使得输出晶体管100在静电放电保护单元200开启以前先行开启。若输出晶体管100的布置结构未符合足以承受高静电放电的布置规则时，输出晶体管100会因静电放电电流的通过而烧毁，特别是当输出晶体管100是具有大面积的电源供应晶体管的情况下，寄生电容Cgd的电容值较大，因而更容易将静电放电的电压信号耦合至栅极端。由此可知，现有静电放电保护技术无法满足电路的静电放电保护需求。鉴于此，实有必要提供另一种电路结构，以达到更佳的静电放电保护效果。技术实现要素：因此，本发明的主要目的即在于提供一种可用于集成电路(IntegratedCircuit，IC)的输出接点(OutputPad)的静电放电(ElectrostaticDischarge，ESD)保护控制电路及系统，以在不影响集成电路正常运作的情况下，达到更佳的静电放电保护效果。本发明公开了一种静电放电保护控制电路，用于一集成电路的一输出接点。所述静电放电保护控制电路包括一输出驱动装置及一控制开关。所述输出驱动装置耦接于所述输出接点，所述输出驱动装置包括一第一输出晶体管，可用来输出电源或信号至所述输出接点。所述控制开关可用来提升所述输出接点上的静电放电保护能力。所述控制开关包括一第一端、一第二端及一控制端。所述第一端耦接于所述第一输出晶体管的一栅极；所述第二端耦接于一接地端；所述控制端耦接于一第一电源供应端。本发明还公开了一种静电放电保护系统，用于一集成电路的一输出接点。所述静电放电保护系统包括一输出驱动装置、一前级、一静电放电保护单元(ESDProtectionCell)及一控制开关。所述输出驱动装置耦接于所述输出接点，所述输出驱动装置包括一输出晶体管，可用来输出电源或信号至所述输出接点。所述前级耦接于所述输出驱动装置，可用来从一电源供应端接收电源。所述静电放电保护单元耦接于所述输出接点。所述控制开关可用来提升所述输出接点上的静电放电保护能力。所述控制开关包括一第一端、一第二端及一控制端。所述第一端耦接于所述第一输出晶体管的一栅极；所述第二端耦接于一接地端；所述控制端耦接于所述电源供应端。附图说明图1为一集成电路的一输出接点进行自我保护的电路结构示意图。图2为连接一外接静电放电保护单元的一集成电路的一输出接点的电路结构示意图。图3A及图3B为本发明实施例一静电放电保护系统的示意图。图4为静电放电保护系统的一种实施方式的示意图。图5A及图5B为本发明实施例另一静电放电保护系统的示意图。图6A及图6B为本发明实施例又一静电放电保护系统的示意图。其中，附图标记说明如下：LX输出接点Cgd寄生电容VDD、VDDA电源供应端GND接地端100、310、510、610、620输出晶体管102、302前级104、303、603_1、603_2反相器200、304、504静电放电保护单元30、50静电放电保护系统300输出驱动装置308、608_1、608_2控制开关408P型金氧半场效晶体管具体实施方式请参考图3A及图3B，图3A及图3B为本发明实施例一静电放电(ElectrostaticDischarge，ESD)保护系统30的示意图。静电放电保护系统30包括一集成电路(IntegratedCircuit，IC)的一输出接点(OutputPad)LX、一输出驱动装置300、一前级302、一静电放电保护单元(ESDProtectionCell)304及一控制开关308。输出驱动装置300耦接于输出接点LX，其包括一输出晶体管310，可用来输出电源或信号至输出接点LX。举例来说，若输出晶体管310为一电源供应晶体管时，输出晶体管310会输出电源至输出接点LX。前级302耦接于输出驱动装置300，可从一电源供应端VDD接收电源，并驱动输出晶体管310输出电源或信号。前级302包括一反相器303，用来输出控制信号以驱动输出晶体管310。静电放电保护单元304耦接于输出接点LX，其可从外部并联输出晶体管310，以在静电放电到达输出接点LX时，用来接收静电放电电流。控制开关308可在导通时提升输出接点LX上的静电放电保护能力。如图3A及图3B所示，控制开关308的一第一连接端点耦接于输出晶体管310的栅极(gateterminal)，控制开关308的一第二连接端点耦接 于接地端GND，控制开关308的控制端则耦接于电源供应端VDD。详细来说，控制开关308可由一控制电路来实现，用来提升输出接点上的静电放电保护能力。换言之，当静电放电到达时，控制开关308可避免输出晶体管310因其寄生电容Cgd的耦合而烧毁，进而解决图2的电路结构发生的问题。更明确来说，输出晶体管310为一N型金氧半场效晶体管(N-typeMetalOxideSemiconductor(NMOS)Transistor)，控制开关308受控于电源供应端VDD，而电源供应端VDD可供应电源至前级302或进一步供应电源至集成电路中其它组件。在此情况下，当集成电路的电源关闭时，电源供应端VDD为浮动状态(floating)，并控制控制开关308导通，以将输出晶体管310的栅极电压拉至零电位，进而避免输出晶体管310开启，如图3A所示。当集成电路的电源开启时，电源供应端VDD可控制控制开关308断开，以避免控制开关308影响输出晶体管310的正常运作，如图3B所示。关于静电放电保护控制电路的详细运作原理如表1所示：VDD控制开关308输出晶体管310正常运作开启断开正常运作静电放电关闭导通关闭表1在一实施例中，控制开关308可通过一P型金氧半场效晶体管(P-typeMetalOxideSemiconductor(PMOS)Transistor)来实现。请参考图4，图4为静电放电保护系统30的一种实施方式的示意图。图4的电路结构相似于图3A及图3B的电路结构，故相同电路组件都以相同符号表示。如图4所示，控制开关308可由一P型金氧半场效晶体管408来实现，P型金氧半场效晶体管408的源极(sourceterminal)连接于输出晶体管310的栅极，P型金氧半场效晶体管408的漏极(drainterminal)连接于接地端GND，P型金氧半场效晶体管408的栅极则连接于电源供应端VDD，使得电源供应端VDD可控制P型金氧半场效晶体管408的运作。P型金氧半场效晶体管408的基极(bulkterminal)可连接至电源供应端VDD或输出晶体管310的栅极。如此 一来，控制开关308只需通过单一P型金氧半场效晶体管来实现，也就是说，一P型金氧半场效晶体管即足以有效改善输出接点的静电放电耐受能力。详细来说，当集成电路的电源关闭时，电源供应端VDD为浮动状态以开启P型金氧半场效晶体管408，P型金氧半场效晶体管408并将输出晶体管310的栅极电压拉至零电位，以在静电放电到达时，避免输出晶体管310因其寄生电容Cgd的耦合而烧毁。另一方面，当集成电路的电源开启时，电源供应端VDD可达到一较高电压电平，以关闭P型金氧半场效晶体管408，进而避免P型金氧半场效晶体管408影响输出晶体管310的正常运作。关于P型金氧半场效晶体管408所实现的静电放电保护控制电路的详细运作原理如表2所示：表2在另一实施例中，控制开关308也可由一N型金氧半场效晶体管来实现，所述N型金氧半场效晶体管的漏极连接于输出晶体管310的栅极，所述N型金氧半场效晶体管的源极连接于接地端GND，所述N型金氧半场效晶体管的栅极则通过一反相器耦接于电源供应端VDD，使得电源供应端VDD可通过反相器控制N型金氧半场效晶体管的运作。值得注意的是，本发明提供了一种可提升集成电路的输出接点上静电放电保护能力的静电放电保护控制电路及系统。本领域技术人员当可据此进行修饰或变化，而不限于此。举例来说，输出晶体管可用来输出信号或电源。若输出晶体管输出电源时，所述输出晶体管可以是一电源供应晶体管，而输出接点可以是一电源输出接点。需注意的是，静电放电保护控制电路更适用于电源供应晶体管，这是因为电源供应晶体管的尺寸往往较大，且更容易受 到寄生电容Cgd将静电放电电压耦合至栅极的影响，进而开启电源供应晶体管，但静电放电保护控制电路的应用不应以此为限。除此之外，在上述实施例中，静电放电保护控制电路应用于开漏极(opendrain)的电路结构，但在其它实施例中，静电放电保护控制电路也可应用于其它电路结构。举例来说，请参考图5A及图5B，图5A及图5B为本发明实施例另一静电放电保护系统50的示意图。图5A及图5B的静电放电保护系统50相似于图3A及图3B的静电放电保护系统30，故相同电路组件都以相同符号表示。静电放电保护系统50与静电放电保护系统30的主要差异在于，静电放电保护系统50中的输出驱动装置300还包括一输出晶体管510，其为P型金氧半场效晶体管，其中，P型金氧半场效输出晶体管510与N型金氧半场效输出晶体管310共同运作，以输出信号或电源至输出接点LX。此外，P型金氧半场效输出晶体管510还从另一电源供应端VDDA接收电源，电源供应端VDDA不同于用来供应电源至前级302的电源供应端VDD。电源供应端VDDA也连接于一静电放电保护单元504。详细来说，如图5A所示，当集成电路的电源关闭时，电源供应端VDD为浮动状态，并控制控制开关308导通，以将输出晶体管310及510的栅极电压拉至零电位，进而避免静电放电到达时，输出晶体管310因其寄生电容Cgd的耦合而开启。由于输出晶体管510为一P型金氧半场效晶体管，因此输出晶体管510会开启。在此情况下，当静电放电到达输出接点LX时，部分静电放电电流可通过静电放电保护单元304流到接地端GND，其它静电放电电流则通过P型金氧半场效晶体管510、静电放电保护单元504，再流到接地端GND。需注意的是，一般金氧半场效晶体管都具有寄生二极管，而静电放电电流可由顺偏(forwardbias)方向流经输出晶体管510的寄生二极管，如图5A及图5B所示。如此一来，输出晶体管510不会因顺偏方向的电流而烧毁，且上述电流可通过静电放电保护单元504流到接地端GND。另一方面，如图5B所示，当集成电路的电源开启时，电源供应端VDD 可控制控制开关308断开。由于控制开关308已断开，将不会影响输出晶体管310及510的正常运作。请参考图6A及图6B，图6A及图6B为本发明实施例又一静电放电保护系统60的示意图。图6A及图6B的静电放电保护系统60相似于图5A及图5B的静电放电保护系统50，故相同电路组件都以相同符号表示。静电放电保护系统60与静电放电保护系统50的主要差异在于，静电放电保护系统60中的输出驱动装置300所包括的两个输出晶体管610及620都是N型金氧半场效晶体管，其分别通过前级302中的反相器603_1及603_2来驱动，因此需要使用两个控制开关608_1及608_2，其中，控制开关608_1可用来控制输出晶体管610，控制开关608_2可用来控制输出晶体管620。详细来说，如图6A所示，当集成电路的电源关闭时，电源供应端VDD为浮动状态，并控制控制开关608_1及608_2导通。在此情况下，输出晶体管610的栅极电压被拉至零电位，以关闭输出晶体管610，而输出晶体管620的栅极电压被拉至相等于输出晶体管620的源极电压，以避免输出晶体管620开启(因为当控制开关608_2导通时，输出晶体管620的栅极－源极电压持续为零)。如此一来，输出晶体管610及620都未开启，因此静电放电电流会从输出接点LX流至静电放电保护单元304。另一方面，如图6B所示，当集成电路的电源开启时，电源供应端VDD可控制控制开关608_1及608_2断开。由于控制开关608_1及608_2已断开，将不会影响输出晶体管610及620的正常运作。值得注意的是，在静电放电保护系统50及60中，输出驱动装置300可从电源供应端VDDA接收电源，电源供应端VDDA不同于供应电源至前级302的电源供应端VDD。在多数高输出电压的电路系统中，较高的输出电压是由具有较低工作电压的前级来驱动。因此，在静电放电保护系统50及60中，电源供应端VDDA会输出较高电压(如30伏特)，以应用于输出的需求， 而电源供应端VDD会输出较低电压(如5伏特)至前级，使前级的运作速度较快且耗电量较小。需注意的是，当控制开关受控于也供应电源至输出驱动装置的电源供应端时，也就是电源供应端VDD与电源供应端VDDA相同的情况下，本发明的静电放电保护系统将无法运作，这是因为当静电放电到达时，静电放电电压会传送至输出驱动装置的电源供应端，进而关闭控制开关中的晶体管(例如P型金氧半场效晶体管408)。由此可知，本发明的静电放电保护控制电路及系统可提升输出接点上的静电放电能力。上述功效已在0.18微米双极－互补金属氧化半导体－双重扩散金属氧化半导体(Bipolar-CMOS-DMOS，BCD)工艺上进行验证。举例来说，设置有一第一静电放电保护单元的输出接点及输出驱动装置具有人体放电模式(HumanBodyModel，HBM)下低于2千伏特以及机器放电模式(MachineModel，MM)下低于200伏特的静电放电效率。若上述电路加入一控制开关(例如一P型金氧半场效晶体管)用来控制输出驱动装置的栅极时，静电放电效率可提升至人体放电模式下3千伏特以及机器放电模式下250伏特。在另一范例中，设置有一第二静电放电保护单元的相同输出接点及输出驱动装置具有人体放电模式下低于8千伏特以及机器放电模式下低于200伏特的静电放电效率。若上述电路加入一控制开关(例如一P型金氧半场效晶体管)用来控制输出驱动装置的栅极时，静电放电效率可提升至人体放电模式下8千伏特以及机器放电模式下500伏特。由上述验证结果可知，本发明的静电放电保护控制电路及系统能够使效率较差的静电放电保护单元变得有效。对于效率足够的静电放电保护单元而言，本发明可进一步提升所述静电放电保护单元的效率，以实现更强的静电放电耐受能力。综上所述，本发明提供了一种静电放电保护控制电路及系统，用于集成电路的输出接点。一控制开关(例如P型金氧半场效晶体管)可耦接于输出晶体管的栅极与电源供应端之间，输出晶体管并耦接于输出接点，使得电源供应端可在集成电路的电源关闭时关闭输出晶体管，进而避免静电放电到达输出接点时，输出晶体管因其寄生电容Cgd的耦合而开启。因此，来自于输出接点的静电放电电流会通过静电放电保护单元，而不是输出晶体管。如此 一来，本发明的实施例可改善输出接点上的静电放电耐受能力。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3