静电放电保护电路、结构及其制造方法_2

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0)。此外,需理解的是,在实施例描述中使用N型阱区210和P型基底202仅为了理解方便,非用以限制本发明的实施方式。对于本技术领域普通技术人员,实施例可以做适当地变化,P和N型导电型可以适当地改变,进而整体结构的配置与导电型的掺杂也对应地修改。
[0046]如图3所示,静电放电保护电路200在P型基底202还包括第一掺杂区(P+)206、第二掺杂区(P+)216、第三掺杂区(N+)212、第四掺杂区(N+)214、第五掺杂区(N+) 208与第六掺杂区(N+)204。此外,在P型基底202的表面还包括第一栅极Gl与第二栅极G2。
[0047]在本实施例中,第一掺杂区206,为例如具有第一导电型,即P型,其配置在N型阱区210中。第二掺杂区216也是具有第一电型(P型),并配置在P型基底202中。第一栅极Gl与第二栅极G2则分别配置在非N型阱区210所在区域的P型基底202的表面上。第三掺杂区212具有第二导电型,即N型,其配置在P型基底202中,且位于第一栅极Gl与第二栅极G2之间。第四掺杂区214具有第二导电型,即N型,其配置在P型基底202中,且位于第一栅极Gl与第二栅极G2的一侧,并且邻近第二掺杂区(P+)216。第五掺杂区208也具有第二导电型,即N型,配置在P型基底202中并且沿伸到N型阱区210,且位于第一栅极Gl与第二栅极G2的另一侧。
[0048]此外,同样具有第二导电型(即N型)的第六掺杂区204是配置在N型阱区210中,并使第一掺杂区(P+) 206位于第五掺杂区(N+)208与第六掺杂区(N+) 204之间。
[0049]此外,上第一掺杂区(P+) 206、第六掺杂区(N+) 204以及第一栅极Gl是电性连接到第一焊垫PAD。此第一焊垫PAD例如可接收输入的电压,也就是当静电放电事件产生时,可经由此第一焊垫PAD进入到静电放电保护电路200。另外,第四掺杂区(N+)214、第二掺杂区(P+)216以及第二栅极G2则电性连接到第二焊垫GND,一般可为接地端。
[0050]在上述的结构中,第一栅极G1、第三掺杂区(N+)212与第五掺杂区(N+) 208形成第一NMOS晶体管Ml,其中第三掺杂区(N+)212与第五掺杂区(N+) 208作为第一 NMOS晶体管的源极/漏极端。此外,第二栅极G2、第三掺杂区(N+)212与第四掺杂区(N+)214形成第二NMOS晶体管M2,其中第三掺杂区(N+)212与第四掺杂区(N+)214作为第二 NMOS晶体管的源极/漏极端。第三掺杂区(N+) 212为第一与第二 NMOS晶体管M1、M2的共享端,借此形成一串迭 MOS 晶体管(cascade MOS transistor)架构。
[0051]此外,第一掺杂区(P+)206、N型阱210与P型基底202形成第一双载子结型晶体管Tl的发射极、基极与集电极。第四掺杂区(N+)214、P型基底202与N型阱210形成第二双载子结型晶体管T2的发射极、基极与集电极。借此,第一与第二载子晶体管Tl、T2形成一硅控整流器SCR。
[0052]此外,N型阱区210形成一阱区电阻Rnwell,而P型基底形成一墓底电阻Rsub。此夕卜,可以根据需要在第二焊垫GND与第二栅极G2之间设置一电阻R。
[0053]另外,P型基底202与N型阱210构成一寄生的反向二极管D。因此,本实施例并不像现有技术一般,需要额外配置一反向二极管。
[0054]接着,说明本实施例的静电放电保护电路的操作。本实施例的等效电路图如图4所示,基本上主要包括由第一与第二双载子二极管T1、T2所构成的硅控整流器SCR;以及第一与第二 NMOS晶体管Ml、M2所构成的串迭NMOS晶体管。
[0055]接着,配合图3、图4来说明本实施例的等效电路图及其操作方式。如图4所示,其为图3静电放电电路的等效电路图。由图4可知,此静电放电保护电路至少包括一硅控整流电路SCR以及串迭NMOS电路。此硅控整流电路SCR以及串迭MOS电路连接于第一焊垫PAD与第二焊垫GND (本例为接地端)之间。
[0056]硅控整流电路SCR包括第一双载子结型晶体管Tl (PNP结构)与第二双载子结型晶体管T2 (NPN结构),其中双载子结型晶体管Tl的发射极耦接至第一焊垫PAD,集电极可经电阻Rsub耦接至第二焊垫GND,基极则耦接至第二双载子结型晶体管T2的集电极。电阻Rsub即为图3所示的基底电阻。此外,第二双载子结型晶体管T2的基极耦接至第一双载子结型晶体管Tl的集电极,并可经电阻Rsub耦接至第二焊垫GND。
[0057]串迭NMOS电路包括第一 NMOS晶体管Ml与第二 NMOS晶体管M2。第一 NMOS晶体管Ml具有源极/漏极端S/D1、共享源极/漏极端S/D与第一栅极G1,第二 NMOS晶体管Ml具有源极/漏极端S/D2、共享源极/漏极端S/D与第二栅极G2。第一 NMOS晶体管Ml与第二NMOS晶体管M2经由共享源极/漏极端S/D以串联方式串接一起。第一 NMOS晶体管Ml的第一栅极Gl耦接至第一焊垫PAD,第二 NMOS晶体管M2的第二栅极G2耦接至第二焊垫GND。此外,第一 NMOS晶体管Ml的源极/漏极端S/D1耦接至第一双载子结型晶体管Tl的基极,第二 NMOS晶体管M2的源极/漏极端S/D2耦接至第二双载子结型晶体管T2的发射极以及第二焊垫GND。此实施例是以NMOS晶体管为例,本领域技术人员可以将其改为PMOS晶体管或类似,当然对应的其他部分也需要对应地变更,在此便不冗述。
[0058]此外,在另一实施方式,第二 NMOS晶体管M2的第二栅极G2还可经由电阻R耦接至第二焊垫GND。此外,N型讲区210中可形成一电阻Rnwell。
[0059]在操作时,如图3所示,因为第六掺杂区(N+) 204和第一掺杂区(P+) 206是一起接到第一焊垫PAD,使其具有等电位的效果。因此,当有ESD事件时,高电压施加于第一焊垫PAD时,第六掺杂区(N+) 204和第一掺杂区(P+) 206之间基本上是等电位,没有电位差,故不会有顺向偏压。也就是,此时图4所示的第一双载子结型晶体管Tl不会被导通,也就是硅控整流器SCR在ESD事件发生一开始的瞬间并不会被轻易触发而发生作用。
[0060]当有ESD事件时,施加在第一焊垫PAD的电压会使串迭MOS的第一 NMOS晶体管Ml与第二 NMOS晶体管M2导通。此时,第一 NMOS晶体管Ml与第二 NMOS晶体管M2的导通会提供一放电电流路径,使静电放电电流从第一焊垫PAD,经第一 NMOS晶体管Ml与第二 NMOS晶体管M2,而到达第二焊垫GND。也就是说,如图3所示,此时提供了一条从第一焊垫PAD,经N型阱区210、P型基底202、第二掺杂区(P+) 216而到达第二焊垫GND (接地)的放电路径。
[0061]当串迭MOS晶体管导通,第一焊垫PAD上的电压会被拉低,进而使第六掺杂区(N+) 204与第一掺杂区(P+)206产生电位差,此顺向偏压使第一双载子结型晶体管Tl通,进而第二双载子结型晶体管T2也随者导通。也就是,硅控整流器SCR部分开始运作,以提供一静电放电路径。也就是说,如图3所示,此时提供了一条从第一焊垫PAD,经N型阱区210、P型基底202、第二掺杂区(P+) 216而到达第二焊垫GND (接地)的放电路径。
[0062]在本实施例的架构下,由于MOS部分要先导通,以后续触发SCR,因此MOS的维持电压可以提高。此外,本实施例的架构主要是利用SCR,故MOS部分的面积可以不用太大,而SCR本身的面积本来也不大,故本实施例的静电放电保护电路的面积更可以进一步地缩小。也就是,根据本实施例的静电放电保护电路/结构,不但可以提供优异的静电放电保护效果,更可以缩小静电放电保护电路所占据的面积。
[0063]图5绘示依据本实施例的静电放电保护电路的测试结果的电压电流图。此测试是利用传输线脉冲产生系统(TLP, transmiss1n line pulse)来进行。依此测试结果,可以看出触发电压电流Qt1, Vt1) = (0.017977,16.9358), 二次击穿电流电压(it2, vt2)=(5.3209,24.5672),保持电流电压(ith, vth) = (0.56639,12.8665)。
[0064]由上述结果可以得知,在本实施例的架构下,保持电压vth可以达到12.8665V,高于现有的静电放电保护电路。此外,二次击穿电流it2也达到53.2mA/ym,其为现有结构
7.lmA/μπι的数倍。因此,在本实施例的架构下,确实可以提供优异的静电放电保护效果。
[0065]图6A、6B与6C绘示本实施例与现有结构的导通速度的测试图。图6A为本实施例的导通速度测试,图6B、6C
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