專利名稱：在低壓制造工藝中實(shí)現(xiàn)高壓信號輸入的電壓轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電壓轉(zhuǎn)換裝置、使用該電壓轉(zhuǎn)換裝置的集成電路，尤其是涉及能將高壓轉(zhuǎn)換成使集成電路正常工作的低壓的電壓轉(zhuǎn)換裝置。
目前，在一般的深亞微米集成電路制造工藝中，集成電路的耐壓能力都很低。例如，0.25μm的集成電路的耐壓約為2.7V,0.35μm的集成電路的耐壓約為3.7V，0.5μm的集成電路的耐壓約為6V。因而，如果需要用到高壓，就必須開發(fā)適用于高壓的制造工藝，即通過改進(jìn)低壓制造工藝而使集成電路耐高壓。因此，這樣大大提高了成本和對制造工藝的要求。
然而，在一些特殊應(yīng)用中，完全可通過在設(shè)計(jì)和布局上作處理，允許在低壓制造工藝制成的局部區(qū)域加上甚至高達(dá)上百伏的電壓。這樣，可在不修改制造工藝的情況下滿足一些特殊的高壓應(yīng)用，諸如集成電路測試等。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是不改變集成電路的低壓制造工藝而可實(shí)現(xiàn)直接把高壓輸入集成電路。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于在集成電路中實(shí)現(xiàn)高壓輸入的電壓轉(zhuǎn)換裝置，該裝置包括用于與一高壓電源相連的第一電阻，接地的第二電阻，其中第一電阻與第二電阻串聯(lián)連接且都為多晶電阻，第一電阻的電阻值大于等于第二電阻的電阻值，所述集成電路接收來自第一和第二電阻之間節(jié)點(diǎn)處的電壓。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例，上述電壓轉(zhuǎn)換裝置還包括第一二極管和第二二極管，所述第一二極管的正極連到所述集成電路的一工作電壓，其負(fù)極連到所述第一和第二電阻之間的節(jié)點(diǎn)，所述第二二極管的正極接地，其負(fù)極連到所述節(jié)點(diǎn)。
從以下對本發(fā)明較佳實(shí)施例的詳細(xì)地描述并結(jié)合附圖，將使本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)變得更加明顯起來。但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)理解，附圖所示是本發(fā)明的一個(gè)例子，而并非對本發(fā)明的限制。


圖1是示出依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的電壓轉(zhuǎn)換裝置的電路圖。
如圖1所示，依據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例的電壓轉(zhuǎn)換裝置1包括串聯(lián)的分壓電阻Ra和Rb，其中分壓電阻Ra經(jīng)由圖1中的網(wǎng)格線所示的高壓電源Vpp焊接區(qū)與高壓電源Vpp相連，分壓電阻Rb接地。由于分壓電阻Ra和Rb的分壓作用，為了使分壓電阻Rb上的電壓Vb(即，V反饋)足夠低，所以分壓電阻Ra的電阻值應(yīng)遠(yuǎn)大于分壓電阻Rb的電阻值。把分壓電阻Ra與Rb之間節(jié)點(diǎn)A處的分壓V反饋加到集成電路的后級器件上。
由此結(jié)構(gòu)，依據(jù)本實(shí)施例的電壓轉(zhuǎn)換裝置能將高壓通過分壓電阻降到低壓制造工藝可接受的電壓，供低壓電路使用。但是，由于高壓電源Vpp所加的電壓很高(通常，可能高于100伏)，所以為了避免高壓電源Vpp焊接區(qū)及分壓電阻Ra和Rb被高壓擊穿，還需要對它們進(jìn)行處理。
對高壓電源Vpp焊接區(qū)和分壓電阻Ra和Rb的處理并不是制造工藝上的處理，因?yàn)檫@樣會提高工藝成本。因此，本發(fā)明在電壓電源Vpp焊接區(qū)和分壓電阻Ra和Rb的設(shè)計(jì)上作了處理，以避免高壓電源Vpp焊接區(qū)和分壓電阻被高壓擊穿。
通常，集成電路芯片的擊穿有三種1．溝道擊穿；2．柵氧化物擊穿；3．結(jié)擊穿。為了避免前兩種擊穿，本發(fā)明所采取的措施是，使得從電源電壓焊接區(qū)及分壓電阻直到分壓點(diǎn)之前附近不接任何MOS器件。通常，在已有技術(shù)中，要使用MOS器件來改變電阻的比例，而在本申請中，電阻Ra的電阻值可以是固定的，因此只要接上與Rb串聯(lián)或并聯(lián)的開關(guān)(未示出)，即可改變電阻比例。從圖1的裝置中可看到，在高壓電源Vpp焊接區(qū)及分壓電阻Ra和Rb直到分壓點(diǎn)A之前無任何MOS器件。
要避免第三種擊穿，本發(fā)明所采取的措施是，使得從電源電壓焊接區(qū)及分壓電阻直到分壓點(diǎn)之前無任何擴(kuò)散和阱(通常在制造MOS器件和電阻時(shí)應(yīng)用)。因此，本發(fā)明的分壓電阻Ra和Rb使用多晶電阻，而不使用擴(kuò)散電阻或阱(well)電阻。
此外，為了進(jìn)一步避免諸如高壓干擾信號等引起的柵極擊穿，如圖1所示，在反饋點(diǎn)A處還連接有兩個(gè)保護(hù)二極管D1和D2，二極管D1連接到集成電路數(shù)字部分的電源電壓Vcc(即，集成電路的工作電壓)，而二極管D2接地。在切換時(shí)，通過大電阻過來的高于Vcc或低于Vgnd電壓可分別通過二極管D1和D2釋放，而不致?lián)p壞后面器件的柵極。于是，因Vpp處的電壓過高而使反饋點(diǎn)A處的電壓V反饋超過Vcc時(shí)，該裝置可通過二極管D1釋放此過高的電壓。另一方面，如果Vpp引入負(fù)電壓而使反饋點(diǎn)A處的電壓V反饋為負(fù)時(shí)，通過二極管D2可釋放此負(fù)電壓。
如圖1所示，在芯片的焊接區(qū)中用金屬引入后即接多晶電阻Ra和Rb分壓，多晶電阻Ra與Rb的相對取值由下式?jīng)Q定(Ra+Rb)/Rb=Vpp/V反饋，且V反饋≤Vcc；這里，Ra與Rb的取值與信號的速度和功耗有關(guān)。信號速度越高，則需要電阻越小，但相應(yīng)的功耗也大。因此，需要找到合適的電阻，使得信號速度不太低，且相應(yīng)的功耗也不太大。
以下，具體地描述Ra、Rb取值的一個(gè)例子。例如，根據(jù)具體裝置的需要，假設(shè)所用裝置輸入信號電壓Vpp為21V，信號速度小于1μs，工藝耐壓為3.6V,Vcc=3V。根據(jù)具體裝置設(shè)計(jì)的需要，假定選擇V反饋在1.5V(如上所述，V反饋應(yīng)不大于Vcc，所以通常V反饋取Vcc的一半，以使信號幅度最大，但本發(fā)明不限于此)。此外，還假定把反饋端負(fù)載電容設(shè)計(jì)為0.1pf。
這樣，根據(jù)以上公式，可確定Ra與Rb的相對取值為(Ra+Rb)/Rb=21/1.5=14考慮到信號速度＜1μs(即，響應(yīng)時(shí)間＜1μs)。所以，根據(jù)公知的響應(yīng)時(shí)間T與Ra、Rc的并聯(lián)電阻(即，R并聯(lián))和負(fù)載電容C之間的關(guān)系，可得到R并聯(lián)＜10MΩ。
此外，如果把電流設(shè)計(jì)為小于1μA，則根據(jù)功耗計(jì)算公式，可得到(Ra+Rb)應(yīng)大于1/22MΩ。
因此，根據(jù)如上所述的計(jì)算，我們可分別Ra取為19.5MΩ,Rb取為1.5MΩ的值，可實(shí)現(xiàn)直接把高壓輸入集成電路的電壓轉(zhuǎn)換裝置，而不需要任何耐高壓的器件。此外，所獲得的裝置的響應(yīng)時(shí)間小于1μs，功耗也僅21μW。
因此，通過實(shí)際采樣驗(yàn)證，如果采用通常的0.25μm工藝所制造的集成電路在輸入100伏的高壓信號情況下仍可正常工作，信號響應(yīng)時(shí)間＜1μs。這樣，就在低壓工藝中實(shí)現(xiàn)了高壓信號輸入。
由于本發(fā)明的電壓轉(zhuǎn)換裝置從電源電壓焊接區(qū)及分壓電阻直到分壓點(diǎn)之前附近不接任何MOS器件，所以避免了集成電路的溝道擊穿和柵氧化物擊穿。與此同時(shí)，本發(fā)明的電壓轉(zhuǎn)換裝置從電源電壓焊接區(qū)及分壓電阻直到分壓點(diǎn)之前無任何擴(kuò)散和阱，而采用多晶電阻，所以避免了集成電路的結(jié)擊穿。因此，可直接將高達(dá)百伏的高壓直接接入集成電路的電源輸入端，而不需要改變集成電路的低壓制造工藝，且仍能保證集成電路的高響應(yīng)速度和低功耗。
雖然，以上對本發(fā)明中的一些參數(shù)進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可知道，本發(fā)明不限于以上給出的具體數(shù)值，而是可根據(jù)實(shí)際需要，采用不同的參數(shù)，而不超出本發(fā)明所公開的范圍。
可以理解，雖然參考本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可根據(jù)這里所述的內(nèi)容對本發(fā)明進(jìn)行各種修改，而不背離以下權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1．一種用于在集成電路中實(shí)現(xiàn)高壓輸入的電壓轉(zhuǎn)換裝置，包括用于與一高壓電源相連的第一電阻，接地的第二電阻，其中第一電阻與第二電阻串聯(lián)連接且都為多晶電阻，第一電阻的電阻值大于等于第二電阻的電阻值，所述集成電路接收來自第一和第二電阻之間節(jié)點(diǎn)處的電壓(V反饋)。
2．如權(quán)利要求1所述的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于還包括第一二極管和第二二極管，所述第一二極管的正極連到所述集成電路的一工作電壓，其負(fù)極連到所述第一和第二電阻之間的節(jié)點(diǎn)，所述第二二極管的正極接地，其負(fù)極連到所述節(jié)點(diǎn)。
3．如權(quán)利要求1所述的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述第一和第二電阻的相對取值由下式?jīng)Q定(Ra+Rb)/Rb=Vpp/V反饋，V反饋≤Vcc,這里，Ra和Rb分別為第一電阻和第二電阻的電阻值，Vpp為高壓電源的電壓，Vcc為工作電壓，V反饋為所述節(jié)點(diǎn)處的電壓。
4．如權(quán)利要求2所述的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述第一和第二電阻的相對取值由下式?jīng)Q定(Ra+Rb)/Rb=Vpp/V反饋，V反饋≤Vcc，這里，Ra和Rb分別為第一電阻和第二電阻的電阻值，Vpp為高壓電源的電壓，Vcc為集成電路的工作電壓，V反饋為所述節(jié)點(diǎn)處的電壓。
5．如權(quán)利要求1到4中任一個(gè)所述的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述第二電阻可與一開關(guān)串聯(lián)或并聯(lián)連接，從而改變第一電阻與第二電阻的電阻比例。
6．如權(quán)利要求1到4中任一個(gè)所述的電壓轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于還包括與第而電阻并聯(lián)或串聯(lián)連接的開關(guān)。
7．一種可直接輸入高壓的集成電路，其特征在于包括如權(quán)利要求1到4中任一個(gè)所述的電壓轉(zhuǎn)換裝置。
8．一種可直接輸入高壓的集成電路，其特征在于包括如權(quán)利要求5所述的電壓轉(zhuǎn)換裝置。
9．一種可直接輸入高壓的集成電路，其特征在于包括如權(quán)利要求6所述的電壓轉(zhuǎn)換裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在不改變集成電路的低壓制造工藝的情況下而可實(shí)現(xiàn)直接把高壓輸入集成電路的電壓轉(zhuǎn)換裝置。該裝置包括含有兩個(gè)串聯(lián)電阻的分壓電路以及含有兩個(gè)二極管的保護(hù)電路。使用該電壓轉(zhuǎn)換裝置的集成電路在輸入100伏的高壓信號情況下仍可正常工作,信號響應(yīng)時(shí)間<1μs。
文檔編號H01L21/77GK1325134SQ01113128
公開日2001年12月5日 申請日期2001年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月27日
發(fā)明者朱秉濬 申請人:中穎電子(上海)有限公司