專利名稱：靜電放電檢測(cè)電路與其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與靜電;^文電防護(hù)(ESD protection)有關(guān)，尤指一種應(yīng)用于采用 先進(jìn)制程元件的靜電放電防護(hù)電路的靜電放電檢測(cè)(ESD detection)電路 及其相關(guān)方法。
背景技術(shù)：
隨著科技進(jìn)步，集成電路制程技術(shù)也隨之不斷精進(jìn)。如本領(lǐng)域技術(shù)人 員所知，各種電子電路可集積/成形于芯片上，而為了要使芯片能接收外界 的電壓源(例如偏壓電源)，并能與外界其他電路/芯片交換數(shù)據(jù)，芯片上會(huì) 設(shè)有導(dǎo)電的焊盤(pad)。譬如說，為了傳輸偏壓電壓，芯片上可設(shè)有電源焊 盤(powerpad)。除此之外，在芯片上也設(shè)有信號(hào)焊盤(signal pad)，亦即輸入 /輸出焊盤(I/Opad),用以接收輸入信號(hào)及/或發(fā)出輸出信號(hào)。
這些導(dǎo)電的焊盤能使芯片得以和外界其他電路/芯片連接。然而，當(dāng)芯 片在封裝、測(cè)試、運(yùn)輸、加工、等過程中，這些焊盤也^L容易因?yàn)榕c外界 的靜電電源接觸，而將靜電的不當(dāng)電力傳導(dǎo)至芯片內(nèi)部，并進(jìn)而導(dǎo)致芯片 內(nèi)部電路的損毀，這種現(xiàn)象即為所謂的靜電放電(ESD, Electro-Static Discharge )。因此,用來保護(hù)集成電路免受靜電放電損害的靜電放電保護(hù)電 路(ESD protection circuit),也因此隨著集成電路制程的進(jìn)步而變得更加重 要。
通常在芯片的各焊盤之間會(huì)設(shè)置有靜電放電防護(hù)電路。此靜電放電防 護(hù)電路的基本功能是，當(dāng)芯片的兩焊盤間誤觸靜電電源時(shí)，靜電放電防護(hù) 電路可在兩焊盤間導(dǎo)通一個(gè)低阻抗的電流路徑，使靜電電源放電的電流能 優(yōu)先從此一電流路徑流過而不會(huì)流入至芯片的其他內(nèi)部電路；這樣一來， 就能保護(hù)芯片中的其他內(nèi)部電路不受靜電放電影響或由于大量的靜電放電 電流(ESD current)而導(dǎo)致?lián)p壞。 一般而言， 一靜電》丈電防護(hù)電^各由一l爭(zhēng) 電放電(暫態(tài))檢測(cè)電路(ESD transition detection circuit)以及一電源箝制 (power clamp)電路所構(gòu)成。請(qǐng)參閱圖1,圖l所示為已知靜電放電防護(hù)
5電路的方塊示意圖。如圖1所示，靜電放電防護(hù)電路100包含有一靜電放
電檢測(cè)電路110以及一 電源箝制電路120 。如此之外，此靜電放電電路100 耦接于兩電源焊盤(powerpad) VDD (電壓供應(yīng)端)與Vss (接地端)之間。
然而，隨著半導(dǎo)體制程的演進(jìn)，使用較小尺寸的晶體管元件來降低成 本已成為各種電路設(shè)計(jì)技術(shù)中的基本需求。隨著半導(dǎo)體制程由點(diǎn) 一八制程、 點(diǎn)一二制程一路演進(jìn)至六十五納米，或所謂的納米先進(jìn)制程(nano scale process);半導(dǎo)體元件的柵極氧化層(gate oxide)厚度也隨之日益趨薄。除此 之外，基于降低整體電路面積及成本的考量， 一般靜電放電防護(hù)電路中的 靜電放電檢測(cè)電路所具有的電容元件普遍釆用金屬氧化層電容(MOS capacitor,亦稱之為金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容)來加以實(shí)現(xiàn)，而非使用 一般傳統(tǒng)的電容元件。
請(qǐng)參閱圖2,圖2所示為另一已知靜電放電檢測(cè)電路200的電路架構(gòu)示 意圖。如圖2所示，靜電放電檢測(cè)電路200包含有一容阻電路210以及一 反相電路220，用以產(chǎn)生一靜電放電觸發(fā)信號(hào)Itrigger,其中當(dāng)靜電放電檢測(cè) 電路200檢測(cè)到靜電》文電事件(ESD event)時(shí)，靜電放電觸發(fā)信號(hào)Itrigger 會(huì)由低邏輯電平轉(zhuǎn)換至高邏輯電平以啟動(dòng)后續(xù)的靜電放電防護(hù)元件(例如 電源箝制電路)。靜電放電檢測(cè)電路200連接于一第一電源焊盤(亦即VDD 端)以及一第二電源焊盤(亦即VSS端)之間。在圖2中，容阻電路210 包含有一阻抗元件211以及一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容(MOS capacitance)212，而反相電路220由一 N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 以及一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管221所構(gòu)成。
然而，在利用由先進(jìn)制程(nano scale process )所形成的金屬氧化層電 容時(shí)，其柵極氧化層所具有的較薄厚度往往會(huì)使靜電檢測(cè)電路產(chǎn)生嚴(yán)重的 漏電流，此漏電流可能使得靜電放電防護(hù)電路產(chǎn)生誤動(dòng)作(malfunction), 使其在正常工作情況下無法達(dá)到其正常邏輯，進(jìn)而產(chǎn)生更嚴(yán)重的漏電流。
而靜電防護(hù)電路的漏電流的現(xiàn)象肇因于靜電放電檢測(cè)電路的容阻電路 (請(qǐng)參閱圖2 )中的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容212采用了先進(jìn)制程的薄 氧化層元件，此時(shí)，金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容212的柵極端往往會(huì)出 現(xiàn)大量的隧穿電流(tunneling current)而導(dǎo)致芯片于正常操作時(shí)容阻電路 210與反相電路220間的一連接端(其耦接于P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管221的一控制端與N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管222的一控制端)的電壓相對(duì)于P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管221的一第一連接端(其耦接于第
一電源焊盤)的電壓值而言為一個(gè)相對(duì)低的電壓，因此該p型金屬氧化物
半導(dǎo)體晶體管即導(dǎo)通而造成靜電放電觸發(fā)信號(hào)Itrigger由低邏輯電平轉(zhuǎn)換至高 邏輯電平，因此便錯(cuò)誤地啟動(dòng)后續(xù)的靜電放電防護(hù)元件(例如電源箝制電 路)。換句話說，當(dāng)靜電放電事件并未發(fā)生時(shí)，由于金屬氧化物半導(dǎo)體晶
體管電容212的隧穿電流將拉低連接端230(其連結(jié)容阻電路210以及反相 電路220 )的電壓值，因而導(dǎo)致反相電路220于芯片正常操作下無法有效地 關(guān)閉，進(jìn)而導(dǎo)致在兩電源焊盤(VDD端與VSS端之間)有大量的漏電流產(chǎn) 生。因此本發(fā)明提供新穎的靜電放電檢測(cè)電路，由于利用新的電路架構(gòu)， 即使在采用先進(jìn)制程的薄氧化層元件的狀況下，仍能改善靜電放電防護(hù)電 路于正常操作時(shí)的漏電流現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的之一是提供具有不同電路結(jié)構(gòu)的靜電放電檢測(cè)電路 及相關(guān)技術(shù)，以克服已知技術(shù)中由于靜電放電防護(hù)電路的靜電放電檢測(cè)電 路于先進(jìn)制程之下會(huì)產(chǎn)生大量漏電流現(xiàn)象的缺點(diǎn)。本發(fā)明的靜電放電檢測(cè) 電路，其容阻電路并未直接接地，而通過使用偏壓電路，便可減少容阻電 路的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容兩端的壓差，從而改善先進(jìn)制程中靜電 放電檢測(cè)電路的漏電流現(xiàn)象。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，其公開一種靜電放電檢測(cè)電路。該靜電放電 檢測(cè)電路包含有 一第一電源焊盤、 一第二電源焊盤、包含有一阻抗元件 以及一電容元件的一容阻電路、 一觸發(fā)電路、 一偏壓電路、 一第一連接端 與一第二連接端。該第一電源焊盤用以接收一第一供應(yīng)電壓；該第二電源 焊盤用以接收不同于該第一供應(yīng)電壓的一第二供應(yīng)電壓；該容阻電路的阻 抗元件，其耦接于該第一電源焊盤與該第一連接端之間；該電容元件，其 耦接于該第一端點(diǎn)與該第二端點(diǎn)之間；該觸發(fā)電路，耦接于該第一電源焊 盤、該第二電源焊盤以及該容阻電路，用來依據(jù)該第一端點(diǎn)與該第二端點(diǎn) 的電壓電平來產(chǎn)生一靜電》文電觸發(fā)信號(hào)；以及該偏壓電路，耦接在該第一 電源焊盤以及該第二電源焊盤之間，用以提供一偏壓電壓給該第二端點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的另 一實(shí)施例，其公開一種應(yīng)用于靜電放電檢測(cè)的方法， 該方法包含有提供一容阻電路，其中該容阻電路內(nèi)包含有一阻抗元件以及一電容元件，該電容元件，耦接在一第一供應(yīng)電壓與一第一端點(diǎn)之間， 而該電容元件，耦接在該第一端點(diǎn)與一第二端點(diǎn)之間，其中該第二端點(diǎn)未
直接連接于不同于該第 一供應(yīng)電壓的一第二供應(yīng)電壓；
依據(jù)該第一端點(diǎn)與該第二端點(diǎn)的電壓電平來產(chǎn)生一靜電放電觸發(fā)信 號(hào)；以及提供一偏壓電壓至該第二端點(diǎn)。
通過上述的電路設(shè)計(jì)與相關(guān)方法，可解決先進(jìn)制程下的靜電放電檢測(cè) 電路由于采用薄氧化層金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管元件而導(dǎo)致正常操作下的 漏電流問題。


圖1為已知靜電放電防護(hù)電路的方塊示意圖。 圖2為另一已知靜電放電檢測(cè)電路的電路架構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明靜電放電檢測(cè)電路的一第一實(shí)施例的電路架構(gòu)示意圖。 圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例的靜電放電檢測(cè)電路模擬靜電放電事件發(fā)生 時(shí)觸發(fā)電流的示意圖。
圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例的靜電放電檢測(cè)電路模擬正常操作狀態(tài)下漏 電流狀態(tài)的示意圖。
圖6為本發(fā)明靜電放電檢測(cè)電路的一第二實(shí)施例的電路架構(gòu)示意圖。 圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例的靜電放電檢測(cè)電路模擬靜電放電事件發(fā)生 時(shí)觸發(fā)電流的示意圖。
圖8為本發(fā)明第二實(shí)施例的靜電放電檢測(cè)電路模擬正常操作狀態(tài)下漏 電流狀態(tài)的示意圖。
主要元件符號(hào)說明
100
110、 200、 300、 600 120
210、 320、 620 220、 330、 630 230
301、 601
302、 602
靜電放電防護(hù)電路 靜電放電檢測(cè)電路 電源箝制電路 容阻電路 觸發(fā)電路 連接端
第一電源焊盤 第二電源焊盤311晶體管元件
321、611、 621阻抗元件
322、622電容元件
331、631第 一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管
332、632第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管
612P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管
613N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管
615反相器
633第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管
具體實(shí)施例方式
在說明書及所附的權(quán)利要求書當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定的元 件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，制造商可能會(huì)用不同的名詞來稱呼同一個(gè) 元件。本說明書及所附權(quán)利要求書并不以名稱的差異來作為區(qū)分元件的方 式，而是以元件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說明書及后續(xù) 的請(qǐng)求項(xiàng)當(dāng)中所提及的「包含」為一開放式的用語，故應(yīng)解釋成「包含但 不限定于」。以外，「耦接」 一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。 因此，如果文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可 直接電氣連接于該第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地電氣連接 至該第二裝置。
請(qǐng)參閱圖3,圖3所示為本發(fā)明靜電放電檢測(cè)電路的一第一實(shí)施例的電 路架構(gòu)示意圖。如圖3所示，靜電放電檢測(cè)電路300耦接在一第一電源焊 盤301與一第二電源焊盤302之間，在本實(shí)施例中，第一電源焊盤301為 一 V。D焊盤(用以提供第一供應(yīng)電壓VDD)，而該第二電源焊盤302為一 Vss焊盤(用以提供第二供應(yīng)電壓Vss,例如接地電壓)。靜電檢測(cè)電路300 包含有一偏壓電路(bias circuit) 310、 一容阻電路(RC circuit)320以及一觸 發(fā)電路330。在本說明書后續(xù)的說明之中，靜電放電檢測(cè)電路的容阻電路中 的電容元件皆以金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容來加以實(shí)施，以及容阻電路 中的阻抗元件以一電阻(resistance)元件來加以實(shí)施。
除此之外，靜電放電檢測(cè)電路的觸發(fā)電路中包含有不同導(dǎo)電型的金屬 氧化物半導(dǎo)體晶體管元件，也就是說，觸發(fā)電路中同時(shí)采用了 N型以及P型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管元件。而且，本發(fā)明的電路架構(gòu)以及相關(guān)技
術(shù)運(yùn)用采用先進(jìn)制程(nano scale process)的元件來加以實(shí)施。請(qǐng)注意，上述 僅作為范例說明之用，并不為本發(fā)明的限制條件之一。
請(qǐng)參閱圖3,在本實(shí)施例中，容阻電路320包含有一阻抗元件321以及 一電容元件322,而阻抗元件321為一電阻，電容元件322以釆用先進(jìn)制程 (nano scale)的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容(MOS capacitor)來加以實(shí)施。 觸發(fā)電路330包含有一第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管331以及一第二金屬 氧化物半導(dǎo)體晶體管332，對(duì)第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管331而言，其一 控制端(柵極)耦接于一第一端點(diǎn)Na,其一第一連接端(源極)耦接于第 一電源焊盤301，以及其一第二連接端(漏極)用以輸出靜電放電觸發(fā)信號(hào) Itrigger給后續(xù)的靜電放電防護(hù)元件(例如電源箝制電路)以于靜電放電事件
發(fā)生時(shí)旁通靜電放電電流，如圖所示，靜電放電觸發(fā)信號(hào)Itrig^由端點(diǎn)Nc
所輸出。此外，對(duì)于觸發(fā)電路330的第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管332而 言，其一控制端(亦即柵極)耦接于一第二端點(diǎn)Nb,其一第一連接端(漏 極)耦接于第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管331的第二連接端，以及其一第 二連接端(源極)耦接于第二電源焊盤302。在本實(shí)施例中，第一金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管331以一P型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管來實(shí)現(xiàn)而第二金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管332則是以一N型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管來實(shí) 現(xiàn)，亦即兩金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管331、 332為不同導(dǎo)電型的金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管。
請(qǐng)繼續(xù)參閱圖3，相較于已知靜電放電檢測(cè)電路(如圖2所示)，本發(fā) 明靜電放電檢測(cè)電路300還包含有偏壓電路310，在本實(shí)施例中，偏壓電路 310為一分壓電路(voltage divider),用以根據(jù)第一電源端301與第二電源 端302的供應(yīng)電壓(例如VDD以及Vss)提供容阻電路320的電容元件322 下端(亦即第二端點(diǎn)Nb) —個(gè)高于第二電源焊盤302的供應(yīng)電壓(例如 Vss)的偏壓電壓，也就是說，電容元件322兩端間的跨壓分別為第一端點(diǎn) Na以及第二端點(diǎn)Nb之間的電壓差，此電壓差會(huì)小于第一電源焊盤301的 供應(yīng)電壓(例如Vdd)以及第二電源焊盤302的供應(yīng)電壓(例如Vss)間的 電壓差。在本實(shí)施例中，偏壓電路310以五個(gè)具有二極管接法形式 (diode-connected)的晶體管元件311來加以實(shí)施，使得第二端點(diǎn)Nb的電 壓值為Vdd和Vss之間的一個(gè)分壓(亦即^(7皿-)，不過分壓電路的架
10構(gòu)與采用的元件并不為本發(fā)明的限制條件之一 ，任何其他可產(chǎn)生分壓的電
路架構(gòu)皆屬于本發(fā)明的設(shè)計(jì)變化之一；而分壓元件的數(shù)目亦不為本發(fā)明的 限制條件之一。
靜電放電檢測(cè)電路300在正常操作下的電路狀態(tài)以及靜電放電事件發(fā) 生時(shí)的電路狀態(tài)將在后續(xù)的公開中詳細(xì)說明。
當(dāng)一靜電放電事件發(fā)生時(shí)，第一電源焊盤301與第二電源焊盤302之 間的跨壓急劇升高，對(duì)于第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管331而言，由于容 阻電路320的電容元件322(金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容)來不及快速反 應(yīng)，以致于第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管331耦接至第一電源焊盤301的 第一連接端的電壓值將高于第一連接端Na的電壓而使得第一金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管331導(dǎo)通并產(chǎn)生一靜電放電觸發(fā)信號(hào)ItriggCT (亦即靜電》丈電觸 發(fā)信號(hào)digger會(huì)由低邏輯電平轉(zhuǎn)換至高邏輯電平)。對(duì)于第 一端點(diǎn)Na來說， 由于電容元件322來不及對(duì)電壓急升進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)，使得第一端點(diǎn)Na 的電壓會(huì)暫時(shí)維持于第一電源焊盤301原本的電壓值(亦即超近Vdd)。由 于第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管331因?yàn)槠淇刂贫伺c第一連接端的兩端電 壓差而導(dǎo)通，使端點(diǎn)Nc的電壓隨之升高進(jìn)而觸發(fā)靜電放電防護(hù)電路的電源 箝制電路(未顯示于圖中)，使得電源箝制電路導(dǎo)通一低阻抗電流路徑以疏 導(dǎo)靜電放電電流來達(dá)成靜電防護(hù)的目的。
靜電放電檢測(cè)電路300在正常運(yùn)作時(shí)，偏壓電路310提供分壓電壓給 第二端點(diǎn)Nb (亦即電容元件322之一端)，使得第二端點(diǎn)Nb偏壓于一個(gè)大 于第二電源焊盤302的電壓(亦即VSS)的較高電壓電平。如圖3所示， 在正常操作之下，由于偏壓電路310所提供的偏壓電壓，使得第二端點(diǎn)Nb 的電壓可導(dǎo)通第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管332(第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管332為一N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管332元件)，此時(shí)因?yàn)榈诙它c(diǎn) Nb的電壓為一較高電平(相較于第二電源焊盤302的電壓電平)，經(jīng)由適 當(dāng)?shù)姆謮涸O(shè)計(jì)，第一端點(diǎn)Na與第二端點(diǎn)Nb間的跨壓于正常模式之下不大， 因此先進(jìn)制程的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容(亦即電容元件322)的柵極 漏電流現(xiàn)象也隨之改善，并使得第一端點(diǎn)Na的電壓得以維持在一個(gè)近似于 第一電源焊盤301的供應(yīng)電壓(VDD)的狀態(tài)，由于第一金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管331為一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，故此一接近于VDD的電 壓將會(huì)關(guān)閉第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管331。換句話說，由于先進(jìn)制程的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容(亦即電容元件322)兩端(第一端點(diǎn)Na與 第二端點(diǎn)Nb)的跨壓減少，進(jìn)而可有效地關(guān)閉正常操作狀態(tài)下的第一金屬 氧化物半導(dǎo)體晶體管331,避免因?yàn)槁╇娏鞫划?dāng)產(chǎn)生靜電放電觸發(fā)信號(hào)而 觸發(fā)電源箝制電路，因此，可防止靜電放電防護(hù)電路產(chǎn)生誤動(dòng)作，避免處 在不正常邏輯狀態(tài)。
請(qǐng)同時(shí)參閱圖4與圖3，圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例的靜電放電檢測(cè)電路 模擬靜電放電事件發(fā)生時(shí)觸發(fā)電流的示意圖。如圖4所示，此模擬固定靜 電放電檢測(cè)電路300的容阻電路320的RC時(shí)間常數(shù)(RC constant)為50ns 以及固定第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管331的通道長(zhǎng)度(L)為0.12um,而調(diào) 制第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管331的通道寬度(W)而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)(請(qǐng)參考 曲線1 曲線7)。請(qǐng)參閱圖5與圖3，圖5為本發(fā)明第一實(shí)施例的靜電放電 檢測(cè)電路模擬正常操作狀態(tài)(normal operation)下漏電流狀態(tài)的示意圖。 如圖5所示，此才莫擬當(dāng)?shù)谝浑娫炊?01的第一供應(yīng)電壓(亦即VDD)固定 為1伏特時(shí)，靜電放電檢測(cè)電路300中漏電情形的數(shù)據(jù)(請(qǐng)參考曲線1 曲線 2)。
由前述的公開可清楚得知，當(dāng)集成電路設(shè)計(jì)中需要采用先進(jìn)制程的薄 柵極氧化層元件時(shí)，采用圖3所示的電路架構(gòu)可在兼顧電路面積的同時(shí)實(shí) 現(xiàn)靜電放電的防護(hù)功能，且在芯片正常操作時(shí)可以使已知技術(shù)由于采用先 進(jìn)制程的薄柵極氧化層元件(尤其是金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容)所產(chǎn) 生的漏電流有效地減少，進(jìn)而改善了靜電放電防護(hù)電路的整體性能。
請(qǐng)參閱圖6，圖6所示為本發(fā)明靜電放電檢測(cè)電路的一第二實(shí)施例的電 路架構(gòu)示意圖。如圖6所示，靜電放電檢測(cè)電路600耦接于一第一電源焊 盤601與一第二電源焊盤602之間，在本實(shí)施例中，第一電源焊盤601為 一 VDD焊盤(用以提供第一供應(yīng)電壓VDD )，而第二電源焊盤602為一 VSS 焊盤(用以提供第二供應(yīng)電壓Vss,例如接地電壓)。靜電檢測(cè)電路600包 含有一偏壓電路610、 一容阻電路620以及一觸發(fā)電路630。在本實(shí)施例中， 容阻電路620耦接于第一電源焊盤601以及一連接端Nb之間，在容阻電路 620內(nèi)包含有一阻抗元件621以及一電容元件622。此外，觸發(fā)電路630耦 接于第一電源焊盤601、第二電源焊盤602、容阻電路620以及偏壓電路610。
在此一實(shí)施例中，觸發(fā)電路630采用兩個(gè)P型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管(第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管631以及第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管632)迭接，以及另使用一N型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(亦即第三金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管633 )以構(gòu)成一個(gè)具有雙重開關(guān)的觸發(fā)反相器(trigger inverter)。如圖6所示，觸發(fā)電路630的耦接關(guān)系如下所述第一金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管631的一控制端(柵極)耦接于第一端點(diǎn)Na,而其一第一 連接端(源極)耦接于第一電源焊盤601;第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 632的一控制端(柵極)耦接于第二端點(diǎn)Nb，其第一連接端(源極)耦接 于第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管631的一第二連接端(漏極)，而其一第二
連接端(漏極)用以在靜電放電事件產(chǎn)生時(shí)觸發(fā)靜電放電觸發(fā)信號(hào)ItHgger以
導(dǎo)通后續(xù)的靜電放電防護(hù)元件(例如電源箝制電路)，如圖所示，觸發(fā)靜電
放電觸發(fā)信號(hào)Itrigger由端點(diǎn)Nc所輸出；第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管633， 其一控制端(柵極)耦接于第二端點(diǎn)Nb, —第一連接端(漏極)耦接于第 二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管632的第二連接端，而其一第二連接端(源極) 則耦接于第二電源焊盤602。
請(qǐng)繼續(xù)參閱圖6,偏壓電路610包含有一反相器615以及一阻抗元件 611。然而請(qǐng)注意到，在本實(shí)施例中采用阻抗元件611僅作為范例說明之用， 在其他實(shí)施例中，也可以依據(jù)設(shè)計(jì)需求而省略阻抗元件611的使用，此一 設(shè)計(jì)變化亦屬于本發(fā)明的設(shè)計(jì)范疇。在偏壓電路610中，反相器615包含 有一P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管612以及一N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管613。反相器615耦接于第二端點(diǎn)Nb與觸發(fā)電路630的第二金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管632的第二連接端(亦即端點(diǎn)Nc)之間。在本實(shí)施例中，觸 發(fā)電路630所構(gòu)成的觸發(fā)反相器(trigger inverter)與偏壓電路610中的反相器 (偏壓反相器)615形成了 一反饋控制機(jī)制(feedback control scheme),使得 反相器615會(huì)依據(jù)靜電放電觸發(fā)信號(hào)ItriggM所提供的反饋電壓電平來產(chǎn)生一 偏壓電壓至第二端點(diǎn)Nb,以減少電容元件622的兩端壓降(亦即第一、第 二端點(diǎn)Na與Nb之間的電壓差)。
然而，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，靜電放電檢測(cè)電路600也可以采用 分壓電路來作為偏壓電路，舉例來說，可采用第一實(shí)施例中的偏壓電路310 來取代第二實(shí)施例的偏壓電路610,也就是說，在不違反本發(fā)明的精神的情 況之下，可依據(jù)設(shè)計(jì)需求的不同而采用其他偏壓電路的電路組態(tài)在靜電放 電檢測(cè)電路600之中，而這些設(shè)計(jì)變化亦屬于本發(fā)明的范疇。
靜電放電檢測(cè)電路600在正常操作下的電路狀態(tài)以及靜電放電事件發(fā)生時(shí)的電路狀態(tài)將于后續(xù)的公開中詳細(xì)說明。
請(qǐng)參閱圖6，當(dāng)一靜電放電事件發(fā)生時(shí)，第一電源焊盤601與第二電源 焊盤602之間的跨壓急劇升高，由于容阻電路620所造成的RC延遲(RC delay),使得第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管631由于其第一連接端(漏極) 與第一端點(diǎn)Na之間的壓差而導(dǎo)通，而第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管631的 導(dǎo)通會(huì)進(jìn)一步地拉高第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管632的第一連接端(漏 極)的電壓電平，故第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管632接著便會(huì)導(dǎo)通。隨 著第一、第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管631、 632的導(dǎo)通將提升端點(diǎn)Nc(亦 即第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管632的第二連接端)的電壓而提供靜電放
電觸發(fā)信號(hào)Itrigger (由低邏輯電平切換至高邏輯電平)至電源箝制電路(未
顯示于圖中)以排除靜電放電電流。當(dāng)端點(diǎn)Nc的電壓提升時(shí)，此電壓亦反 饋至偏壓電路610的反相器615而導(dǎo)通N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管613, 隨著N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管613的導(dǎo)通，第二端點(diǎn)Nb的電壓會(huì)降低 至一個(gè)較低的電壓電平(例如接近Vss電壓的電壓電平)，由先進(jìn)制程的薄 柵極氧化層元件的本身特性，由于電容元件622的兩端壓差增加，故電容 元件622將產(chǎn)生大量的柵極漏電流，從而進(jìn)一步地拉低第一端點(diǎn)Na的電壓 電平，因此在靜電放電事件發(fā)生時(shí)，第一端點(diǎn)Na與第二端點(diǎn)Nb的較低電 壓電平將使得觸發(fā)電路630的第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管631與第二金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管632皆維持導(dǎo)通的狀態(tài)而繼續(xù)提供靜電放電觸發(fā)信
號(hào)Itrigger至后續(xù)的靜電放電防護(hù)元件(例如電源箝制電路)以旁通靜電放電
電流來達(dá)成靜電防護(hù)的目的。
請(qǐng)繼續(xù)參閱圖6,當(dāng)靜電放電檢測(cè)電路600在正常運(yùn)作時(shí)，觸發(fā)電路 630中的第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管633會(huì)導(dǎo)通而使端點(diǎn)Nc趨近于第二 電源焊盤602所提供的電壓(Vss )，如此一來，通過反饋機(jī)制，端點(diǎn)Nc的 低電壓會(huì)導(dǎo)通偏壓電路610的反相器615中的P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管612，此時(shí)，由于P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管612的導(dǎo)通，第二端點(diǎn) Nb的電壓會(huì)被拉升至一個(gè)接近第一供應(yīng)電壓(Vdd)的電壓電平，由于在 正常操作時(shí)，第一端點(diǎn)Na亦處于一個(gè)近似于第一供應(yīng)電壓(vdd)的電壓電 平，相較于已知技術(shù)，這兩個(gè)端點(diǎn)Na與Nb之間的跨壓便可減少(既然端 點(diǎn)Na與Nb間的電壓皆近似于VDD )， 一方面可降低了容阻電路620的電 容元件320(由于在本發(fā)明皆假設(shè)采用先進(jìn)制程的薄柵極金屬氧化層電容來
14實(shí)施)的柵極漏電流，另一方面更可有效地關(guān)閉觸發(fā)電^各630的第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管631與第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管632。也就是說，在本實(shí)施例中，在正常操作之下，因?yàn)橄冗M(jìn)制程的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容(亦即電容元件622 )兩端的跨壓減少，從而避免因?yàn)槁╇娏鞫划?dāng)?shù)禺a(chǎn)生靜電放電觸發(fā)信號(hào)來觸發(fā)電源箝制電路，因此，可防止靜電放電防護(hù)電路產(chǎn)生誤動(dòng)作，避免處在不正常邏輯狀態(tài)。
請(qǐng)同時(shí)參閱圖7與圖6，圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例的靜電放電檢測(cè)電路模擬靜電放電事件發(fā)生時(shí)觸發(fā)電流的示意圖。如圖7所示，此模擬固定靜電放電檢測(cè)電路600的容阻電路620的RC時(shí)間常數(shù)為25ns以及固定第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管631的通道長(zhǎng)度(L)為0.12um,而調(diào)制第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管631與第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管632的通道寬度(W)而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)(請(qǐng)參考曲線1~曲線5)。請(qǐng)參閱圖8與圖6，圖8為本發(fā)明第二實(shí)施例的靜電放電檢測(cè)電路模擬正常操作狀態(tài)下漏電流狀態(tài)的示意圖。如圖8所示，此模擬當(dāng)?shù)谝浑娫炊?01的第一供應(yīng)電壓(VDD)固定為1伏特時(shí)，靜電放電檢測(cè)電路600的漏電情形的數(shù)據(jù)(請(qǐng)參考曲線1 曲線2)。
由前述的公開可清楚得知，當(dāng)集成電路設(shè)計(jì)中需要采用先進(jìn)制程的薄柵極氧化層元件時(shí)，圖6所示的電路架構(gòu)利用鎖存(latch)結(jié)構(gòu)(由觸發(fā)電路630與偏壓電路610中的反相器結(jié)構(gòu)所形成)與偏壓電路610不僅于正常操作時(shí)降低了靜電放電檢測(cè)電路600的漏電流，也可以在靜電放電事件發(fā)生時(shí)加速導(dǎo)通電源箝制電路以排除靜電放電電流。在本實(shí)施例中，當(dāng)靜電放電事件產(chǎn)生時(shí)，靜電放電檢測(cè)電路600產(chǎn)生大量的柵極漏電流，并將電容元件622的柵極漏電流變成可持續(xù)疏導(dǎo)靜電放電電流的一個(gè)樞紐(通過讓第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管631以及第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管632持續(xù)導(dǎo)通)，換句話說，圖6所示的電路架構(gòu)利用先進(jìn)制程的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容本身的漏電流來使得觸發(fā)電路能持續(xù)產(chǎn)生靜電放電觸發(fā)信號(hào)來啟動(dòng)后續(xù)的靜電放電防護(hù)元件(例如電源箝制電路)。而這樣的機(jī)制，更可在適當(dāng)?shù)臓顩r下，將容阻電路620的R C時(shí)間常數(shù)的數(shù)值加以調(diào)降而仍維持靜電放電防護(hù)的功效；在這些情況中靜電放電防護(hù)電路的電路面積可因而縮減并降低成本。
請(qǐng)注意，在不違背本發(fā)明的精神之下，其他的設(shè)計(jì)變化亦是可行的，
15舉例來說，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，靜電放電檢測(cè)電路300的偏壓電路310也可以用圖6所示的偏壓電路610來加以取代，此外，偏壓電路610的阻抗元件611為一選擇性使用(optional)的元件。這些相關(guān)的設(shè)計(jì)變化皆屬于本發(fā)明的范疇。
總而言之，相較于已知靜電放電檢測(cè)電路，本發(fā)明所提供的靜電放電防護(hù)技術(shù)可通過避免讓容阻電路直接接地(Vss端)而免除讓其內(nèi)的電容元件由于大量的跨壓而造成負(fù)面的影響,也可以在靜電放電事件發(fā)生時(shí)提升疏導(dǎo)靜電放電電流的能力并同時(shí)兼顧電路面積以及成本的考量。如前述的各個(gè)實(shí)施例所示，本發(fā)明靜電放電檢測(cè)電路中的各個(gè)電路架構(gòu)都可以采用各種其他等效電路來實(shí)現(xiàn)。舉例來說，第一實(shí)施例的分壓電路也可以釆用電阻元件來作為分壓元件而達(dá)到提供電容元件一個(gè)相異于Vss電壓的電壓電平。換句話說，任何采用前面敘述過的技術(shù)來降低容阻電路兩端跨壓以改善靜電放電檢測(cè)電路于正常操作時(shí)肇因于柵極漏電流而導(dǎo)致的問題的電路架構(gòu)，皆符合本發(fā)明的精神并落于本發(fā)明的范疇之中。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求書所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種靜電放電檢測(cè)電路，包含有一第一電源焊盤，用以接收一第一供應(yīng)電壓；一第二電源焊盤，用以接收不同于該第一供應(yīng)電壓的一第二供應(yīng)電壓；一容阻電路，包含有一阻抗元件，耦接在該第一電源焊盤與一第一端點(diǎn)之間；以及一電容元件，耦接在該第一端點(diǎn)與一第二端點(diǎn)之間，其中該第二端點(diǎn)未直接連接于該第二供應(yīng)電壓；一觸發(fā)電路，耦接于該第一電源焊盤、該第二電源焊盤以及該容阻電路，用來依據(jù)該第一端點(diǎn)與該第二端點(diǎn)的電壓電平來產(chǎn)生一靜電放電觸發(fā)信號(hào)；以及一偏壓電路，耦接在該第一電源焊盤以及該第二電源焊盤之間，用以提供一偏壓電壓給該第二端點(diǎn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的靜電放電檢測(cè)電路，其中該偏壓電壓介于該第 一供應(yīng)電壓與該第二供應(yīng)電壓之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的靜電放電檢測(cè)電路，其中該電容元件為采用先進(jìn) 制程之一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容。
4. 如權(quán)利要求1所述的靜電放電檢測(cè)電路，其中該偏壓電路為一分壓 電路，用以根據(jù)該第一、第二供應(yīng)電壓來產(chǎn)生一分壓以作為該偏壓電壓。
5. 如權(quán)利要求1所述的靜電放電檢測(cè)電路，其中該觸發(fā)電路包含有 一第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其一控制端耦接于該第一端點(diǎn)，一第 一連接端耦接于該第 一 電源焊盤，以及一第二連接端用以輸出該靜電放 電觸發(fā)信號(hào)；以及一第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其一控制端耦接于該第二端點(diǎn)，一 第一連接端耦接于該第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的該第二連接端，以及 一第二連接端耦接于該第二電源焊盤，其中該第 一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管為一第一導(dǎo)電型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，以及該第二金屬氧化物半 導(dǎo)體晶體管為一第二導(dǎo)電型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
6. 如權(quán)利要求5所述的靜電放電檢測(cè)電路，其中該偏壓電路包含有一 反相器，耦接于該第二端點(diǎn)與該第 一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的該第二連接端之間，用以根據(jù)該靜電放電觸發(fā)信號(hào)來產(chǎn)生該偏壓電壓。
7. 如權(quán)利要求1所述的靜電放電檢測(cè)電路，其中該觸發(fā)電路包含有 一第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其一控制端耦接于該第一端點(diǎn)，一第 一連接端耦接于該第 一 電源焊盤；一第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其一控制端耦接于該第二端點(diǎn)，一 第一連接端耦接于該第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的一第二連接端，以及 一第二連接端用以輸出該靜電放電觸發(fā)信號(hào)；以及一第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其一控制端耦接于該第二端點(diǎn)，一第一連接端耦接于該第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的該第二連接端，以及一第二連接端耦接于該第二電源焊盤，其中該第一、第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為第 一導(dǎo)電型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，以及該第三金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管為一第二導(dǎo)電型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
8. 如權(quán)利要求7所述的靜電放電檢測(cè)電路，其中該偏壓電路包含有一 反相器，耦接于該第二端點(diǎn)與該第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的該第二連 接端之間，用以根據(jù)該靜電放電觸發(fā)信號(hào)來產(chǎn)生該偏壓電壓。
9. 一種靜電放電一全測(cè)方法，包含有 提供一容阻電路，包含有一阻抗元件，耦接于一第一供應(yīng)電壓與一第一端點(diǎn)之間；以及 一電容元件，耦接在該第一端點(diǎn)與一第二端點(diǎn)之間，其中該第二端 點(diǎn)未直接連接于不同于該第一供應(yīng)電壓的一第二供應(yīng)電壓；依據(jù)該第一端點(diǎn)與該第二端點(diǎn)的電壓電平來產(chǎn)生一靜電放電觸發(fā)信 號(hào)；以及才是供一偏壓電壓至該第二端點(diǎn)。
10. 如權(quán)利要求9所述的靜電放電檢測(cè)方法，其還包含有 設(shè)定該偏壓電壓介于該第一供應(yīng)電壓與該第二供應(yīng)電壓之間。
11. 如權(quán)利要求9所述的靜電放電檢測(cè)方法，其中該電容元件為采用先 進(jìn)制程的一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管電容。
12. 如權(quán)利要求9所述的靜電放電檢測(cè)方法，其中提供該偏壓電壓至該 第二端點(diǎn)的步驟包含有根據(jù)該第一、第二供應(yīng)電壓來產(chǎn)生一分壓以作為該偏壓電壓。
13. 如權(quán)利要求9所述的靜電放電檢測(cè)方法，其中依據(jù)該第一端點(diǎn)與該第二端點(diǎn)的電壓電平來產(chǎn)生該靜電放電觸發(fā)信號(hào)的步驟包含有提供一第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其一控制端耦接于該第一端點(diǎn)，一第一連接端耦接于該第一供應(yīng)電壓，以及一第二連接端用以輸出該靜電放電觸發(fā)信號(hào)；以及提供一第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其一控制端耦接于該第二端點(diǎn)，一第一連接端耦接于該第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的該第二連接端，以及一第二連接端耦接于該第二供應(yīng)電壓，其中該第 一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為一第一導(dǎo)電型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，以及該第二金屬氧化物 半導(dǎo)體晶體管為一第二導(dǎo)電型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
14. 如權(quán)利要求13所述的靜電放電檢測(cè)方法，其中提供該偏壓電壓至 該第二端點(diǎn)的步驟包含有反相該靜電放電觸發(fā)信號(hào)來產(chǎn)生該偏壓電壓。
15. 如權(quán)利要求9所述的靜電放電檢測(cè)方法，其中其中依據(jù)該第一端點(diǎn) 與該第二端點(diǎn)的電壓電平來產(chǎn)生該靜電放電觸發(fā)信號(hào)的步驟包含有提供一第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其一控制端耦接于該第一端點(diǎn)， 一第 一 連接端耦接于該第 一供應(yīng)電壓；提供一第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其一控制端耦接于該第二端點(diǎn)， 一第一連接端耦接于該第一金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的一第二連接端，以 及一第二連接端用以輸出該靜電放電觸發(fā)信號(hào)；以及提供一第三金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其一控制端耦接于該第二端點(diǎn)， 一第一連接端耦接于該第二金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的該第二連接端，以 及一第二連接端耦接于該第二供應(yīng)電壓，其中該第一、第二金屬氧化物半 導(dǎo)體晶體管為第 一導(dǎo)電型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，以及該第三金屬氧 化物半導(dǎo)體晶體管為一第二導(dǎo)電型的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
16. 如權(quán)利要求15所述的靜電放電檢測(cè)方法，其中提供該偏壓電壓至 該第二端點(diǎn)的步驟包含有反相該靜電放電觸發(fā)信號(hào)來產(chǎn)生該偏壓電壓。
全文摘要
一種靜電放電檢測(cè)電路與其相關(guān)方法，該靜電放電檢測(cè)電路包含有一第一電源焊盤、一第二電源焊盤、具有一阻抗元件與一電容元件的一容阻電路、一觸發(fā)電路以及一偏壓電路。該第一電源焊盤接收一第一供應(yīng)電壓，以及該第二電源焊盤用以接收不同于該第一供應(yīng)電壓的一第二供應(yīng)電壓。該阻抗元件耦接在該第一電源焊盤與一第一端點(diǎn)之間，以及該電容元件耦接在該第一端點(diǎn)與一第二端點(diǎn)之間。該觸發(fā)電路用來依據(jù)該第一端點(diǎn)與該第二端點(diǎn)的電壓電平來產(chǎn)生一靜電放電觸發(fā)信號(hào)。該偏壓電路用以提供一偏壓電壓給該第二端點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02H9/00GK101599487SQ20081010988
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者柯明道, 邱柏硯, 俊 黃 申請(qǐng)人:智原科技股份有限公司