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靜電保護(hù)電路以及半導(dǎo)體集成電路裝置的制造方法_5

文檔序號(hào):9868281閱讀:來源:國知局
八實(shí)施方式所涉及的靜電保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)例的電路圖。在本發(fā)明的第一實(shí)施方式至第七實(shí)施方式中,也可以替換P溝道MOS晶體管與N溝道MOS晶體管,并與之相應(yīng)地改變各個(gè)元件的連接。在圖19中,作為一個(gè)示例而圖示了在第三實(shí)施方式所涉及的靜電保護(hù)電路中替換了P溝道MOS晶體管與N溝道MOS晶體管的靜電保護(hù)電路10j。
[0175]靜電保護(hù)電路1j包括作為第一阻抗元件至第四阻抗元件的電阻元件Rl?R4、電容器Cl以及C2、N溝道MOS晶體管QNl以及QN2、P溝道MOS晶體管QP3、檢測(cè)電路12、放電電路Ila0
[0176]電阻元件Rl被連接在節(jié)點(diǎn)N2與節(jié)點(diǎn)N3之間,電容器Cl被連接在節(jié)點(diǎn)N3與節(jié)點(diǎn)NI之間。此外,電阻元件R2被連接在節(jié)點(diǎn)N2與節(jié)點(diǎn)N4之間,電容器C2被連接在節(jié)點(diǎn)N4與節(jié)點(diǎn)NI之間。
[0177]晶體管QNl以及QN2被串聯(lián)連接在節(jié)點(diǎn)N2與節(jié)點(diǎn)N5之間。晶體管QNl具有被連接在節(jié)點(diǎn)N2上的源極和被連接在節(jié)點(diǎn)N3上的柵極。晶體管QN2具有被連接在節(jié)點(diǎn)N5上的漏極、被連接在晶體管QNl的漏極上的源極和被連接在節(jié)點(diǎn)N4上的柵極。在節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2相比成為高電位時(shí),晶體管QNl隨著電阻元件Rl的兩端所產(chǎn)生的電位差的增大而成為導(dǎo)通狀態(tài),晶體管QN2隨著電阻元件R2的兩端所產(chǎn)生的電位差的增大而成為導(dǎo)通狀態(tài)。
[0178]電阻元件R4被連接在節(jié)點(diǎn)N5與節(jié)點(diǎn)N6之間,電阻元件R3被連接在節(jié)點(diǎn)N6與節(jié)點(diǎn)NI之間。電阻元件R3以及R4構(gòu)成了對(duì)節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N5之間的電壓進(jìn)行分壓的分壓電路。此外,晶體管QP3被連接在節(jié)點(diǎn)N4與節(jié)點(diǎn)NI之間。晶體管QN3具有被連接在節(jié)點(diǎn)N4上的漏極、被連接在節(jié)點(diǎn)N2上的源極和被連接在節(jié)點(diǎn)N5上的柵極。晶體管QP3具有被連接在節(jié)點(diǎn)NI上的源極、被連接在節(jié)點(diǎn)N4上的漏極和被連接在節(jié)點(diǎn)N6上的柵極。在節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2相比成為高電位時(shí),隨著電阻元件R3的兩端所產(chǎn)生的電位差的增大而成為導(dǎo)通狀態(tài)。
[0179 ]在此,對(duì)圖19所示的靜電保護(hù)電路1 j的工作進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0180]當(dāng)在節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間被施加有正電壓(節(jié)點(diǎn)NI的電位> 節(jié)點(diǎn)N2的電位)時(shí),電流從節(jié)點(diǎn)NI經(jīng)由由電容器Cl以及電阻元件Rl構(gòu)成的第一串聯(lián)電路而流向節(jié)點(diǎn)N2。由此,在實(shí)施電容器Cl的充電的同時(shí),電阻元件Rl的兩端電壓上升。此外,電流從節(jié)點(diǎn)NI經(jīng)由由電容器C2以及電阻元件R2構(gòu)成的第二串聯(lián)電路而流向節(jié)點(diǎn)N2。由此,在實(shí)施電容器C2的充電的同時(shí),電阻元件R2的兩端電壓上升。
[0181]在正常工作時(shí),在被施加于節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓平緩地上升的情況下,電阻元件R2的兩端電壓一直小于晶體管QN2的閾值電壓,而晶體管QN2則維持?jǐn)嚅_狀態(tài)。另一方面,在正常工作時(shí)或通過靜電的放電而使被施加于節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓急劇上升的情況下,電阻元件Rl的兩端電壓成為晶體管QNl的閾值電壓以上,從而使晶體管QNl導(dǎo)通。此外,電阻元件R2的兩端電壓成為晶體管QN2的閾值電壓以上,從而使晶體管QN2導(dǎo)通。但是,在該時(shí)間點(diǎn)下,檢測(cè)電路12的輸入端子IN的電位成為低電平。
[0182]通過使晶體管QNl以及QN2導(dǎo)通,從而使電壓被施加在由電阻元件R3以及R4構(gòu)成的分壓電路的兩端上,進(jìn)而使電阻元件R3的兩端電壓從OV起上升。在此,如果節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓小于預(yù)定的值,則電阻元件R3的兩端電壓將一直小于晶體管QP3的閾值電壓,并且晶體管QP3維持?jǐn)嚅_狀態(tài)。另一方面,如果節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓為預(yù)定的值以上,則電阻元件R3的兩端電壓將變?yōu)榫w管QP3的閾值電壓以上,從而使晶體管QP3轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。
[0183]由于通過使晶體管QP3導(dǎo)通,從而增加了流向電阻元件R2的電流進(jìn)而使電阻元件R2的兩端電壓上升,因此流向晶體管QN2的電流增加(正反饋)。同時(shí),檢測(cè)電路12的輸入端子IN的電位成為高電平,而檢測(cè)電路12的輸出信號(hào)則被激活為低電平。由此,放電電路Ila的晶體管QPl I使電流從節(jié)點(diǎn)NI開始流向節(jié)點(diǎn)N2。
[0184]此外,通過增加流向晶體管QN2的電流,從而增加了流向電阻元件R3以及R4的電流。其結(jié)果為,由于電阻元件R3的兩端電壓上升,因此流向晶體管QP3的電流增加(正反饋)。由此,電阻元件R2的兩端電壓將進(jìn)一步上升。同時(shí),流向放電電路I Ia的晶體管QPl I的電流也增加。
[0185]當(dāng)電流繼續(xù)流向放電電路IIa的晶體管QPl I時(shí),被蓄積在半導(dǎo)體集成電路裝置中的電荷將被放出,從而使節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓下降到低于預(yù)定的電壓。由此,由于電阻元件R3的兩端電壓下降到低于晶體管QP3的閾值電壓,因此晶體管QP3從導(dǎo)通狀態(tài)變化為斷開狀態(tài)。其結(jié)果為,由于流向電阻元件R2的電流減少了,因此檢測(cè)電路12的輸出信號(hào)被去激活為高電平,放電電路Ila的晶體管QPll從導(dǎo)通狀態(tài)變化為斷開狀態(tài),從而使節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓被保持在大致固定的電壓。
[0186]此外,當(dāng)經(jīng)過了根據(jù)由電容器Cl以及電阻元件Rl構(gòu)成的第一串聯(lián)電路的時(shí)間常數(shù)而設(shè)定的時(shí)間時(shí),晶體管QNl被強(qiáng)制性地設(shè)為斷開狀態(tài),從而停止了由放電電路Ila的晶體管QPll實(shí)施的放電工作。由此,在正常工作時(shí),即使在節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間被施加有電源電壓并開始進(jìn)行放電工作的情況下,也能夠在經(jīng)過了預(yù)定的時(shí)間之后停止放電工作。
[0187]第九實(shí)施方式
[0188]圖20為表示本發(fā)明的第九實(shí)施方式所涉及的靜電保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)例的電路圖。在本發(fā)明的第一實(shí)施方式至第八實(shí)施方式中,也可以代替電阻元件Rl?R5中的至少一個(gè),而使用電阻元件以外的阻抗元件。此外,也可以代替電容器C2而使用箝位電路。關(guān)于其他方面,第九實(shí)施方式與第一實(shí)施方式至第八實(shí)施方式相同。在圖20中,作為一個(gè)示例而圖示了在圖5所示的第三實(shí)施方式所涉及的靜電保護(hù)電路中,將電阻元件R4置換為阻抗元件13,并將電容器C2置換為箝位電路14的靜電保護(hù)電路10k。
[0189]如圖20所示,靜電保護(hù)電路1k具備被連接在節(jié)點(diǎn)N5與節(jié)點(diǎn)N6之間的阻抗元件13和被連接在節(jié)點(diǎn)N4與節(jié)點(diǎn)N2之間的箝位電路14。阻抗元件13以及電阻元件R3構(gòu)成了對(duì)節(jié)點(diǎn)N5與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓進(jìn)行分壓的分壓電路。
[0190]當(dāng)在節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間被施加有正高電壓時(shí),電流經(jīng)由電阻元件R2而流向箝位電路14,箝位電路14將其兩端間的電壓保持在大致固定的電壓(在下文中,也稱為“箝位電壓,,)上。
[0191]在此,對(duì)圖20所示的靜電保護(hù)電路1k的工作進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0192]當(dāng)在節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間被施加有正電壓(節(jié)點(diǎn)NI的電位> 節(jié)點(diǎn)N2的電位)時(shí),電流從節(jié)點(diǎn)NI經(jīng)由由電阻元件Rl以及電容器Cl構(gòu)成的第一串聯(lián)電路而流向節(jié)點(diǎn)N2。由此,電阻元件Rl的兩端電壓上升,并且實(shí)施電容器Cl的充電。當(dāng)電阻元件Rl的兩端電壓成為晶體管QPl的閾值電壓以上時(shí),晶體管QPl被導(dǎo)通。
[0193]在正常工作時(shí),在被施加于節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的正電壓小于箝位電壓的情況下,由于幾乎沒有電流流向電阻元件R2以及箝位電路14,因此電阻元件R2的兩端電壓一直小于晶體管QP2的閾值電壓,而晶體管QP2則維持?jǐn)嚅_狀態(tài)。
[0194]另一方面,在正常工作時(shí)或通過靜電的放電而在節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間施加有箝位電壓以上的電壓的情況下,電流將從節(jié)點(diǎn)NI經(jīng)由電阻元件R2以及箝位電路14而流向節(jié)點(diǎn)N2,并且當(dāng)電阻元件R2的兩端電壓成為晶體管QP2的閾值電壓以上時(shí),使晶體管QP2被導(dǎo)通。但是,在該時(shí)間點(diǎn)下,檢測(cè)電路12的輸入端子IN的電位會(huì)變?yōu)楦唠娖健?br>[0195]通過使晶體管QPl以及QP2導(dǎo)通,從而使電壓被施加在由阻抗元件13以及電阻元件R3構(gòu)成的分壓電路的兩端上,進(jìn)而電阻元件R3的兩端電壓從OV起上升。在此,如果節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓小于預(yù)定的電壓,則電阻元件R3的兩端電壓將一直小于晶體管QN3的閾值電壓,而晶體管QN3則維持?jǐn)嚅_狀態(tài)。另一方面,如果節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓為預(yù)定的電壓以上,則電阻元件R3的兩端電壓將變?yōu)榫w管QN3的閾值電壓以上,從而使晶體管QN3轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。
[0196]由于通過使晶體管QN3導(dǎo)通,從而增加了流向電阻元件R2的電流而使電阻元件R2的兩端電壓上升,因此流向晶體管QP2的電流增加(正反饋)。同時(shí),檢測(cè)電路12的輸入端子IN的電位成為低電平,而檢測(cè)電路12的輸出信號(hào)被激活為高電平。由此,放電電路I Ib的晶體管QNl I使電流從節(jié)點(diǎn)NI開始流向節(jié)點(diǎn)N2。
[0197]此外,通過增加流向晶體管QP2的電流,從而增加了流向阻抗元件13以及電阻元件R3的電流。其結(jié)果為,由于電阻元件R3的兩端電壓上升,因此流向晶體管QN3的電流增加(正反饋)。由此,電阻元件R2的兩端電壓將進(jìn)一步上升。同時(shí),流向放電電路11b的晶體管QN11的電流也增加。
[0198]當(dāng)電流繼續(xù)流向放電電路11b的晶體管QNlI時(shí),被蓄積在半導(dǎo)體集成電路裝置中的電荷將被放出,從而使節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓下降到低于預(yù)定的電壓。由此,由于電阻元件R3的兩端電壓下降到低于晶體管QN3的閾值電壓,因此晶體管QN3從導(dǎo)通狀態(tài)變化為斷開狀態(tài)。其結(jié)果為,由于流向電阻元件R2的電流減少了,因此檢測(cè)電路12的輸出信號(hào)被去激活為低電平,放電電路Ilb的晶體管QNll從導(dǎo)通狀態(tài)變化為斷開狀態(tài),從而使節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓被保持在大致固定的電壓(保持電壓)上。
[0199]此外,當(dāng)經(jīng)過了根據(jù)由電阻元件Rl以及電容器Cl構(gòu)成的第一串聯(lián)電路的時(shí)間常數(shù)而設(shè)定的時(shí)間時(shí),晶體管QPl被強(qiáng)制性地設(shè)為斷開狀態(tài),從而停止了由放電電路Ilb的晶體管QNll實(shí)施的放電工作。由此,在正常工作時(shí),即使在節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間被施加有電源電壓并開始進(jìn)行放電工作的情況下,也能夠在經(jīng)過了預(yù)定的時(shí)間之后停止放電工作。
[0200]以此方式,在晶體管QP2以及晶體管QN3從斷開狀態(tài)變化為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí),能夠根據(jù)節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓是否在箝位電壓以及預(yù)定的電壓以上來決定變化條件。另一方面,當(dāng)晶體管QP2以及QN3暫時(shí)成為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí),即使節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓低于箝位電壓,在高于預(yù)定的電壓的狀態(tài)下,晶體管QP2以及QN3也繼續(xù)保持導(dǎo)通狀態(tài),
[0201]因此,即使在正常使用時(shí)因電源接通而使電源電壓急劇上升,只要節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓小于箝位電壓或預(yù)定的電壓,則靜電保護(hù)電路1k也不會(huì)開始進(jìn)行放電工作。此外,當(dāng)通過靜電的施加而使靜電保護(hù)電路1k暫時(shí)開始放電工作時(shí),只要節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間的電壓為預(yù)定的電壓以上,則靜電保護(hù)電路1k將在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行放電工作。
[0202]由此,通過單獨(dú)地對(duì)開始放電工作的條件和停止放電工作的條件進(jìn)行設(shè)定,從而能夠僅在施加電壓為設(shè)定電壓以上的情況下開始進(jìn)行放電工作,并且以合適的比例放出通過靜電的放電而被施加的電荷。此外,能夠防止在電源接通時(shí)在電源電壓上升之際的過度的放電工作,從而能夠確保固定以上的電源電壓。
[0203]第十實(shí)施方式
[0204]圖21為表示本發(fā)明的第十實(shí)施方式所涉及的靜電保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)例的框圖。如圖21所示,靜電保護(hù)電路10經(jīng)由節(jié)點(diǎn)NI而與第一端子Pl連接,并且經(jīng)由節(jié)點(diǎn)N2而與第二端子P2連接。靜電保護(hù)電路10包括放電電路11、鎖存電路15、開關(guān)電路16、控制電路17。
[0205]放電電路11被連接在節(jié)點(diǎn)NI與節(jié)點(diǎn)N2之間,并通過根據(jù)從鎖存電路15被輸出的信號(hào)而實(shí)施放電工作,從而使電流從節(jié)點(diǎn)NI流向節(jié)點(diǎn)N2。鎖存電路15在靜電被施加于第一端子Pl或第二端子P2上時(shí),對(duì)使放電電路11工作的信號(hào)進(jìn)行鎖存并向放電電路11輸出。
[0206]開關(guān)電路16例如被連接在節(jié)點(diǎn)NI與鎖存電路15之間,并通過開閉動(dòng)作而對(duì)鎖存電路15進(jìn)行控制??刂齐娐?7在靜電被施加于第一端子Pl或第二端子P2上之后經(jīng)過預(yù)定的時(shí)間后,將開關(guān)電路16設(shè)為斷開狀態(tài)并使鎖存電路15的動(dòng)作停止。
[0207]例如,放電電路11也可以由圖3A等所示的放電電路I Ia或I Ib構(gòu)成。鎖存電路15也可以由圖3A等所示的電阻元件R2?R5、阻抗元件13、電容器C2、箝位電路14、晶體管QP2以及QN3、晶體管QPl以及QN3(圖17以及圖18)、或者晶體管QN2以及QP3(圖19)構(gòu)成。開關(guān)電路16也可以由圖3A等所不的晶體管QP1、晶體管QN2(圖17以及圖18)、或者晶體管QNl (圖19)構(gòu)成??刂齐娐?7也可以由圖3A等所示的電阻Rl以及電容器Cl構(gòu)成。
[0208]在本實(shí)施方式所涉及的靜電保護(hù)電路10中設(shè)置有鎖存電路15和控制電路17,所述鎖存電路15在靜電被施加于第一端子Pl或第二端子P2時(shí)開始進(jìn)行放電工作,所述控制電路17在靜電被施加于第一端子Pl或第二端子P2上之后經(jīng)過預(yù)定的時(shí)間后使放電工作停止。由此,通過單獨(dú)地對(duì)開始放電工作的條件和停止放電工作的條件進(jìn)行設(shè)定,從而能夠僅在施加電壓的上升沿急劇上升的情況或者施加電壓為設(shè)定電壓以上的情況下開始進(jìn)行放電工作,并且以合適的比例放出通過靜電的放電而被施加的電荷。
[0209]阻抗元件的示例
[0210]圖22為表示在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式中除了電阻元件以外能夠使用的阻抗元件的示例的圖。在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式中,能夠使用圖22的(a)至(h)所示的阻抗元件來替代圖3A至圖20所示的電阻元件Rl?R5中的至少一個(gè)。另外,在圖22中,“N+”表示高電位側(cè)的節(jié)點(diǎn),“N-”表示低電位側(cè)的節(jié)點(diǎn)。
[0211]圖22(a)表示二極管Dl,所述二極管Dl具有與高電位側(cè)的節(jié)點(diǎn)N+連接的陰極和與低電位側(cè)的節(jié)點(diǎn)N-連接的陽極。當(dāng)電流從節(jié)點(diǎn)N+經(jīng)由二極管DI而流向節(jié)點(diǎn)N-時(shí),節(jié)點(diǎn)N+與節(jié)點(diǎn)N-之間的電壓等于二極管Dl的擊穿電壓。
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