电流镜式静电放电箝制电路与电流镜式静电放电检测器的制作方法

本发明涉及静电放电电路技术领域，尤其涉及电流镜式静电放电箝制电路与电流镜式静电放电检测器。

背景技术：

静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)箝制电路常用来保护集成电路免于静电放电的伤害。图1显示一现有的静电放电箝制电路100，其包含：一高电位端110；一低电位端120；一电阻130；一电容140；一反相器150；以及一开关160。在正常状态(或说无静电放电的状态)下，电容140会阻隔直流电位，此时反相器150输入端的电位为高电位，输出端的电位则为低电位，因此开关160基于该低电位而不导通；而在静电放电状态下，电容140无法响应高电位端110的瞬时电压变化(因电容电压不会瞬间改变)，此时反相器150输入端的电位为低电位，输出端的电位则为高电位，故开关160基于该高电位而导通并进行静电放电。

承上所述，电容140常以金氧半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)电容来实现，其中栅极层的材料可通过金属以外的导电材料(例如多晶硅)来实现。然而，在先进半导体工艺中，栅极层的厚度变得愈来愈薄，因而导致日益严重的栅极漏电流(Gate Leakage)问题，此问题同样会发生在图1的静电放电箝制电路100中，亦即在正常状态下电容140理想上应不导通，但实际上会产生栅极漏电流，此问题非但会造成不必要的耗电，亦会导致反相器150的输入端的电位不稳定，该电位可能于正常状态下即由高电位切换至低电位，进而使开关160错误地导通。

更多现有技术可由下列文献得知：专利号为4797899、5946177、6385021、6724603、6989979以及8498085的美国专利。

技术实现要素：

本发明的一目的在于提供一种电流镜式静电放电箝制电路以及一种电流镜式静电放电检测器，以改善现有技术。

本发明公开一种电流镜式静电放电箝制电路，其一实施例包含：一第一电源端；一第二电源端；一电流镜式静电放电检测器；一驱动器；以及一静电放电箝制器。所述电流镜式静电放电检测器耦接于该第一与第二电源端之间，包含一第一阻抗、一第二阻抗以及一静电放电触发式电流镜，该第一阻抗耦接于该第一电源端与一检测输出端之间；该第二阻抗耦接于该检测输出端与该静电放电触发式电流镜之间，用来于一正常操作下与该第一阻抗共同依据该第一电源端的电压决定该检测输出端的电压，以及于一静电放电箝制操作下与该第一阻抗及该静电放电触发式电流镜共同依据该第一与第二电源端的电压决定该检测输出端的电压，其中该第一与第二阻抗其中之一为一电阻，另一个为一半导体电容；该静电放电触发式电流镜用来于该静电放电箝制操作下依据一驱动信号的电平提供该第二阻抗及/或该检测输出端电性耦接至该第二电源端的路径。所述驱动器用来依据该检测输出端的电压以及该第一与第二电源端的电压产生该驱动信号，在该正常操作下该驱动信号的电平不同于在该静电放电箝制操作下该驱动信号的电平。所述静电放电箝制器用来于该静电放电箝制操作下依据该驱动信号的电平提供该第一电源端耦接至该第二电源端的路径。

上述电流镜式静电放电箝制电路的另一实施例包含：一第一电源端；一第二电源端；一电流镜式静电放电检测器；一驱动器；一静电放电箝制器；以及一触发信号产生器。所述电流镜式静电放电检测器耦接于该第一与第二电源端之间，包含一第一阻抗、一第二阻抗以及一静电放电触发式电流镜，该第一阻抗耦接于该第一电源端与一检测输出端之间；该第二阻抗耦接于该检测输出端与该静电放电触发式电流镜之间，用来于一正常操作下与该第一阻抗共同依据该第一电源端的电压决定该检测输出端的电压，以及于一静电放电箝制操作下与该第一阻抗及该静电放电触发式电流镜共同依据该第一与第二电源端的电压决定该检测输出端的电压，其中该第一与第二阻抗其中之一为一电阻，另一个为一半导体 电容；该静电放电触发式电流镜用来于该静电放电箝制操作下依据一触发信号的电平提供该第二阻抗及/或该检测输出端电性耦接至该第二电源端的路径。所述驱动器用来依据该检测输出端的电压产生一驱动信号。所述静电放电箝制器用来于该静电放电箝制操作下依据该驱动信号的电平提供该第一电源端耦接至该第二电源端的路径。所述触发信号产生器用来依据该第一与第二电源端的电压或一第三与一第四电源端的电压来产生该触发信号，其中在该正常操作下该触发信号的电平不同于在该静电放电箝制操作下该触发信号的电平。

本发明另公开一种电流镜式静电放电检测器，其一实施例包含一第一阻抗、一第二阻抗以及一静电放电触发式电流镜，其中该第一与第二阻抗其中之一为一电阻，另一个为一半导体电容。该第一阻抗耦接于一第一电源端与一检测输出端之间；该第二阻抗耦接于该检测输出端与该静电放电触发式电流镜之间，用来于一正常操作下与该第一阻抗共同依据该第一电源端的电压决定该检测输出端的电压，以及于一静电放电箝制操作下与该第一阻抗及该静电放电触发式电流镜共同依据该第一电源端的电压与一第二电源端的电压决定该检测输出端的电压；该静电放电触发式电流镜用来于该正常操作下依据一触发信号的电平断开该第二阻抗电性耦接至该第二电源端的路径，以及用来于该静电放电箝制操作下依据该触发信号的电平提供该第二阻抗电性耦接至该第二电源端的路径，其中在该正常操作下该触发信号的电平不同于在该静电放电箝制操作下该触发信号的电平。

有关本发明的特征、实作与功效，兹配合附图作较佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1为现有技术的静电放电箝制电路的示意图；

图2为本发明的电流镜式静电放电箝制电路的一实施例的示意图；

图3为图2的静电放电触发式电流镜的一实施例的示意图；

图4a为图3的实施例的一实施方式的示意图；

图4b为图3的实施例的另一实施方式的示意图；

图5为本发明的电流镜式静电放电箝制电路的另一实施例的示意图；

图6为图5的实施例的一实施方式的示意图；以及

图7为本发明的电流镜式静电放电检测器的一实施例的示意图。

附图标记说明：

100 现有的静电放电电路

110 高电位端

120 低电位端

130 电阻

140 电容

150 反相器

160 开关

200 电流镜式静电放电箝制电路

210 第一电源端

220 第二电源端

230 电流镜式静电放电检测器

232 电阻

234 半导体电容

236 静电放电触发式电流镜

240 驱动器

250 静电放电箝制器

260 检测输出端

310 第一晶体管

312 第一电极

314 第一栅极

320 第二晶体管

322 第二电极

324 第二栅极

330 第一路径

340 第二路径

350 第三路径

360 栅极节点

500 电流镜式静电放电箝制电路

510 第一电源端

520 第二电源端

530 电流镜式静电放电检测器

540 驱动器

550 静电放电箝制器

560 触发信号产生器

610 第三电源端

620 第四电源端

700 电流镜式静电放电检测器

710 第一阻抗

720 第二阻抗

730 静电放电触发式电流镜

740 第一电源端

750 检测输出端

760 第二电源端

具体实施方式

以下说明内容的用语是参照本技术领域的习惯用语，如本说明书对部分用语有加以说明或定义，该部分用语的解释是以本说明书的说明或定义为准。

本发明的公开内容包含一电流镜式(Current-mirror-based)静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)箝制电路，能够应用于一集成电路或一电子装置以避免栅极漏电流(Gate Leakage)的问题。该电流镜式静电放电箝制电路的部分元件单独而言可能为已知元件，在不影响该电路的充分公开及可实施性的前提下，以下说明对于已知元件的细节将予以省略。另外，在实施为可能的前提下，实施本发明者可依本发明的公开内容及自身的需求选择性地实施下述实施例中任一实施例的部分或全部技术特征，或者选择性地实施多个实施例的部分或全部技术特征的组合，藉此 增加本发明实施时的灵活性。

请参阅图2，其是本发明的电流镜式静电放电箝制电路的一实施例的示意图。如图2所示，电流镜式静电放电箝制电路200包含：一第一电源端210；一第二电源端220；一电流镜式静电放电检测器230；一驱动器240；以及一静电放电箝制器250。所述第一与第二电源端210、220例如分别是高电位端(例如一正电源端V_DD)与低电位端(例如一负电源端或接地端V_SS)或其它类型的电源端。所述电流镜式静电放电检测器230耦接于第一与第二电源端210、220之间，包含一电阻232、一半导体电容234以及一静电放电触发式电流镜236，该电阻232耦接于第一电源端210与一检测输出端260之间；该半导体电容234例如是一金氧半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)电容或其等效，耦接于检测输出端260与静电放电触发式电流镜236之间，用来于一正常操作下与电阻232共同依据第一电源端210的电压决定检测输出端260的电压，以及于一静电放电箝制操作下与电阻232及静电放电触发式电流镜236共同依据第一与第二电源端210、220的电压决定检测输出端260的电压，其中当静电放电发生时，箝制电路200即由正常操作进入静电放电箝制操作；该静电放电触发式电流镜236用来于静电放电箝制操作下依据一驱动信号的电平提供半导体电容234及/或该检测输出端260电性耦接至第二电源端220的路径。请注意，本发明各实施例中电阻与半导体电容的位置可以配合不同的静电放电箝制器设计互换，用以增加实施灵活性；另外，鉴于先进工艺的栅极漏电流问题尤为严重，当半导体电容的尺寸符合90纳米或90纳米以下的半导体工艺规范时，本发明的效果尤为明显。

请继续参阅图2，驱动器240例如是一反相器(Inverter)或其它能驱动静电放电箝制器250进行静电放电的已知或自行设计的元件，是依据检测输出端260的电压以及第一与第二电源端210、220的电压产生驱动信号，更明确地说，当静电放电发生时，驱动器240所接收的来自第一与第二电源端210、220的操作电压的电压差会瞬间大幅增加(例如由3V变成4KV)，使得驱动器240所输出的驱动信号的瞬时电平产生变化(例如由低电平变高电平)，进而令前述静电放电触发式电流镜236由正 常操作进入静电放电箝制操作，并令前述静电放电箝制器250进行静电放电；而在静电放电停止后，半导体电容234会阻隔稳定的直流电压，使得检测输出端260的电压回复原先电平(例如由低电平变高电平)，进而使驱动器240所输出的驱动信号的电平回复原先电平(例如由高电平变低电平)，从而使箝制电路200由静电放电箝制操作回到正常操作，其中在该正常操作下该驱动信号的电平不同于在该静电放电箝制操作下该驱动信号的电平。至于静电放电箝制器250例如是一金氧半导体晶体管或其它能够依据该驱动信号启闭的元件，用来于静电放电箝制操作下依据该驱动信号的电平提供第一电源端210耦接至第二电源端220的路径以进行静电放电。

上述静电放电触发式电流镜236的一实施例的示意图如图3所示，包含一第一晶体管310、一第二晶体管320、一第一路径330、一第二路径340以及一第三路径350。所述第一晶体管310包含两第一电极312与一第一栅极314，该两第一电极312分别耦接半导体电容234与第二电源端220。所述第二晶体管320包含两第二电极322与一第二栅极324，该两第二电极322分别耦接检测输出端260与第二电源端220；此外，第二晶体管320的尺寸可与第一晶体管310的尺寸相同或不同，例如第二晶体管320的尺寸小于第一晶体管310的尺寸以增加半导体电容234于静电放电箝制操作下的有效电容值。所述第一路径330的一端耦接于半导体电容234与第一晶体管310之间，另一端耦接至一栅极节点360。所述第二路径340耦接于第一栅极314与栅极节点360之间。所述第三路径350耦接于第二栅极324与栅极节点360之间，其中该第一、第二与第三路径330、340、350的至少其中之一包含一静电放电触发开关(如图4a、4b所示)，该静电放电触发开关于前述正常操作下依据该驱动信号的电平而不导通以避免栅极漏电流，并于前述静电放电箝制操作下依据该驱动信号的电平而导通以帮助静电放电。

图4a、4b为图3的实施例的实施方式的示意图，如图4a、4b所示，第一、第二与第三路径330、340、350各包含一静电放电触发开关，该些开关于该正常操作下依据该驱动信号的电平而不导通(如图4a所示)，并于该静电放电箝制操作下依据该驱动信号的电平而导通(如图4b所示)。 尽管图4a、4b的实施例中每该路径均包含静电放电触发开关，然而只要至少其中一路径包含静电放电触发开关，即可抑制栅极漏电流的问题。

图2的实施例是以驱动信号做为静电放电触发式电流镜236形成导通路径的触发信号，然而本发明亦可采用其它信号做为该触发信号。图5为本发明的电流镜式静电放电箝制电路的另一实施例的示意图，如图5所示，该箝制电路500包含：一第一电源端510；一第二电源端520；一电流镜式静电放电检测器530；一驱动器540；一静电放电箝制器550；以及一触发信号产生器560，其中第一电源端510、第二电源端520、电流镜式静电放电检测器530、驱动器540与静电放电箝制器550的实施与变化如同图2的实施例所载，所差者仅在于电流镜式静电放电检测器530在此是依据触发信号产生器560所产生的触发信号来做动。本实施例中，触发信号产生器560能够依据第一与第二电源端510、520的电压来产生该触发信号(例如该触发信号是等效或源自于驱动器540的驱动信号，此时触发信号产生器560可设于该第一与第二电源端510、520间或设于其它电源端之间)，或依据一第三与一第四电源端(例如图6的第三与第四电源端610、620)的电压来产生该触发信号，其中在一正常操作下该触发信号的电平不同于在一静电放电箝制操作下该触发信号的电平，该正常操作与静电放电箝制操作的定义如前所述。

图6是图5的实施例的一实施方式的示意图，如图6所示，触发信号产生器560可以是另一静电放电箝制电路或是可反映第一与第二电源端510、520间静电放电的发生的电路，设置于一第三电源端610与一第四电源端620之间，其中该第三与第四电源端610、620所属的电源领域(Power Domain)不同于第一与第二电源端510、520所属的电源领域，举例而言，第一电源端510与第三电源端610的电位不同，而第二电源端520与第四电源端620的电位相同。请注意，若上述信号产生器560是静电放电箝制电路，其架构可以是现有的架构(例如图1的架构或其等效架构)或本发明的架构。另请注意，不同电源领域间可通过适当的电路设置(例如顺向二极管与逆向二极管的组合)来加以区隔(如图6的虚线所示)，由于此部分属现有技艺，其细节在此予以省略。

前述电流镜式静电放电检测器亦可由本发明的静电放电箝制电路独 立出来，以搭配其它已知或自行设计的电路来实施。图7为本发明的电流镜式静电放电检测器的一实施例的示意图，该检测器700包含一第一阻抗710、一第二阻抗720以及一静电放电触发式电流镜730，其中第一与第二阻抗710、720的其中之一为电阻，另一个为半导体电容。所述第一阻抗710耦接于一第一电源端740与一检测输出端750之间。所述第二阻抗720耦接于检测输出端750与静电放电触发式电流镜730之间，用来于一正常操作下与第一阻抗710共同依据第一电源端740的电压决定检测输出端750的电压V_D，以及于一静电放电箝制操作下与第一阻抗710及静电放电触发式电流镜730共同依据第一电源端740的电压与一第二电源端760的电压决定检测输出端750的电压V_D，该正常操作与静电放电箝制操作的定义如前所述。所述静电放电触发式电流镜730例如是图2的电流镜236或其等效，用来于该正常操作下依据一触发信号S_T(例如图2驱动器240的驱动信号或图5触发信号产生器560的触发信号)的电平断开第二阻抗720及/或检测输出端750电性耦接至第二电源端760的路径(如图4a所示)，以及用来于该静电放电箝制操作下依据该触发信号S_T的电平提供第二阻抗720及/或检测输出端750电性耦接至第二电源端760的路径(如图4b所示)，其中在该正常操作下该触发信号S_T的电平不同于在该静电放电箝制操作下该触发信号S_T的电平。

由于本技术领域技术人员能够通过所有实施例的公开内容来推知各实施例的实施细节与变化，更明确地说，任一实施例的技术特征均可合理应用于其它实施例中，因此，在不影响各实施例的公开要求与可实施性的前提下，重复及冗余的说明在此予以省略。请注意，本说明书的图示中，元件的形状、尺寸、比例等仅为示意，是供本技术领域技术人员了解本发明之用，非用以限制本发明。另请注意，本说明书所谓「依据」是指「直接地或间接地依据」；且本发明任二元件可如本说明书的附图所示般直接连接，也可有其它元件设置于其间。

综上所述，本发明的电流镜式静电放电箝制电路与电流镜式静电放电检测器能够防止栅极漏电流，藉此避免能量损耗以及静电放电误操作的风险。

虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发 明，本技术领域技术人员可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。