專利名稱：具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路，特別涉及在檢測到 靜電放電信號時(shí)，使內(nèi)部電路和電源供應(yīng)線或地線之間不導(dǎo)通的具有多重電源區(qū)域集成電 路的靜電放電防護(hù)電路。
背景技術(shù)：
一般而言，集成電路內(nèi)都具有ESD (Electrostatic Discharge，靜電放電)防護(hù)機(jī) 制，一般都是設(shè)立在輸入/輸出墊片和內(nèi)部電路之間。然而一集成電路通常具有多個(gè)電源 區(qū)域(power domain)，這些電源區(qū)域之間的接口也可能有ESD現(xiàn)象的產(chǎn)生。而在高速電路 當(dāng)中，晶體管的柵極氧化層(gate oxide)通常較薄，因此可能被ESD電流給打穿而造成電 路的損壞。有些集成電路可能在這些電源區(qū)域之間的信號傳遞路徑上設(shè)置ESD防護(hù)元件， 但這樣的元件往往會造成信號的延遲而無法符合電路的高速需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的為提供一種不同電源區(qū)域的電路的ESD防護(hù)機(jī)制。本發(fā)明的另一目的為提供一種不位于信號傳遞路徑上的ESD防護(hù)機(jī)制。本發(fā)明的一實(shí)施例公開了一種具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路， 包含一 ESD保護(hù)元件，耦接于一第一電源供應(yīng)線和一第一地線之間；一第一內(nèi)部電路，具 有耦接于該第一電源供應(yīng)線的一第一端；一第一開關(guān)，耦接于該第一內(nèi)部電路的一第二端 以及一第二地線之間；以及一第一 ESD檢測電路，耦接于該第一開關(guān)，用以檢測一靜電放電 信號，并在該靜電放電信號產(chǎn)生時(shí)，使該第一開關(guān)不導(dǎo)通。本發(fā)明的另一實(shí)施例公開了一種具有突發(fā)性電流防護(hù)機(jī)制的集成電路，包含一 第一欲保護(hù)電路，具有耦接于該第一電源供應(yīng)線的一第一端；一第一開關(guān)，耦接于該第一欲 保護(hù)電路的一第二端以及一第二地線之間；以及一第一突發(fā)性電流檢測電路，耦接于該第 一開關(guān)，用以檢測一靜電放電信號，并在該靜電放電信號產(chǎn)生時(shí)，使該第一開關(guān)不導(dǎo)通。根據(jù)上述的實(shí)施例，可以對不同電源區(qū)域的電路提供ESD保護(hù)，而且保護(hù)元件不 在信號傳遞路徑上，因此可以避免信號延遲的問題。


圖la、圖lb、圖2a、圖2b、圖3a、圖3b以及圖4分別繪示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的 具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路的電路圖。圖5(a)和(b)繪示了圖la、lb、2a、2b、3a、3b以及圖4所示的電路的開關(guān)的示范
性詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖6繪示了圖la、lb、2a、2b、3a、3b以及圖4所示的電路的ESD檢測電路的示范性
詳細(xì)結(jié)構(gòu)。圖7繪示了使用圖5-圖6所示的結(jié)構(gòu)的具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電
4防護(hù)電路的電路圖。主要元件符號說明100、120具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路101,301,311 ESD 保護(hù)元件103、201、203 第一內(nèi)部電路105、703 第一開關(guān)107第一 ESD檢測電路109、705 第二開關(guān)111第二 ESD檢測電路113延遲元件115第二內(nèi)部電路202、206、302、306、503、711 PMOS204、208、304、308、501 NMOS303、309、317、401、403、411、413、701 內(nèi)部電路305、313、405、407 開關(guān)301,311 ESD 保護(hù)元件307、315、409、600、707 ESD 檢測電路601第一阻抗元件603第二阻抗元件605、713 反相器715 電阻717 電容
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，硬件制造商可能用不同的名詞來稱呼同一個(gè)元件。本說明書及所附的權(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。在通篇說明書及所附的權(quán)利要求書當(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。此外，說明書中 以及權(quán)利要求書中所使用的第一裝置、第二裝置，并非表示其有先后次序的關(guān)系，僅表示其 為不同的裝置。圖1至圖4分別繪示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電 放電防護(hù)電路100的電路圖。如圖Ia所示，具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電 路100包含一 ESD保護(hù)元件101、一第一內(nèi)部電路103 (亦即一欲保護(hù)電路)、一第一開關(guān) 105 (如圖標(biāo)示為開關(guān)1)、一第一 ESD檢測電路107 (如圖標(biāo)示為ESD檢測電路1)、一第二開 關(guān)109 (如圖標(biāo)示為開關(guān)2)以及一第二 ESD檢測電路111 (如圖標(biāo)示為ESD檢測電路2)。 其中，第一內(nèi)部電路103耦接于第一電源供應(yīng)線Vccl與第二地線GND2之間，可視為一個(gè)電
5源區(qū)域；第二內(nèi)部電路115耦接于第二電源供應(yīng)線Vcc2與第一地線GNDl之間，可視為另一 個(gè)電源區(qū)域。ESD保護(hù)元件101耦接于第一電源供應(yīng)線Vcc2和一第一地線GNDl之間。第 一內(nèi)部電路103具有耦接于該第一電源供應(yīng)線Vcc2的一第一端。第一開關(guān)105耦接于第 一內(nèi)部電路103的一第二端以及一第二地線GND2之間。第一 ESD檢測電路107耦接于第 一開關(guān)105，用以檢測一靜電放電信號(例如一突發(fā)性的大電壓或一突發(fā)性大電流)，并在 該靜電放電信號產(chǎn)生時(shí)，使第一開關(guān)105不導(dǎo)通。同樣地，第二開關(guān)109耦接于第一內(nèi)部電 路103與第一電源線Vccl之間，第二 ESD檢測電路111則耦接于第二開關(guān)109，用以檢測 一靜電放電信號(例如一突發(fā)性電壓或一突發(fā)性電流)并輸出一 ESD通知信號ES，并在靜 電放電信號產(chǎn)生時(shí)，使第二開關(guān)109不導(dǎo)通。通過此種做法，可以避免ESD電流經(jīng)延遲元件 113(可為信號線本身的寄生電阻，或配合電路運(yùn)作速度需求而外加的電阻)流到第二內(nèi)部 電路115流而打穿第二內(nèi)部電路115的晶體管的柵極氧化層。而且，由于第一開關(guān)105、第 二開關(guān)109、第一 ESD檢測電路107以及第二 ESD檢測電路111均未在信號傳遞路線上(也 就是第一內(nèi)部電路103與第二內(nèi)部電路115這兩個(gè)電源區(qū)域間的信號接口)，因此可改善已 知技術(shù)中信號被延遲的問題。圖Ib所示的具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路120的結(jié)構(gòu)和元件 大致上和圖1中的a圖所示的具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路相同，其不 同之處在于圖Ib所示的第二 ESD檢測電路111被省略，而圖Ib所示的具有多重電源區(qū)域 集成電路的靜電放電防護(hù)電路使用第一 ESD檢測電路107來同時(shí)控制第一開關(guān)105和第二 開關(guān)109。因此第一 ESD檢測電路107在感測到ESD信號時(shí)，會同時(shí)使第一開關(guān)105和第 二開關(guān)109不導(dǎo)通，以避免ESD電流流到第二內(nèi)部電路115流經(jīng)延遲元件113 (此例中為一 電阻)而打穿第二內(nèi)部電路115的晶體管的柵極氧化層。其他詳細(xì)技術(shù)特征已公開于圖 lb，故在此不再贅述。在上述的實(shí)施例中，第一內(nèi)部電路101都具有一 PMOS 102和一 NMOS 104。圖2a所示的具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路200具有和圖Ia所 示的具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路100相同的元件。且具有多重電源區(qū) 域集成電路的靜電放電防護(hù)電路200中的第一內(nèi)部電路201和具有多重電源區(qū)域集成電路 的靜電放電防護(hù)電路100中的第一內(nèi)部電路101—樣具有一 PMOS 202和NMOS 204。其不 同之處在于，圖2a中的NMOS 204的基底直接連接至第二地線GND2，而圖Ia中的NMOS 104 的基底直接連接至NMOS 104的源極和第一開關(guān)105。如果欲使用圖Ia中的結(jié)構(gòu)，則可使用 具有深層N型布植層(De印N Well)的NMOS來施行NMOS 104。同樣地，圖2b所示的具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路220具有和 圖Ib所示的具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路120相同的元件。且具有多重 電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路220中的第一內(nèi)部電路203和具有多重電源區(qū)域集 成電路的靜電放電防護(hù)電路120中的第一內(nèi)部電路103—樣具有一 PMOS 206和NMOS 208。 其不同之處在于，圖2b中的NMOS 208的基底直接連接至第二地線GND2，而圖Ib中的NMOS 104的基底直接連接至NMOS 104的源極和第一開關(guān)105。在圖3所示的實(shí)施例中，每一個(gè)電源區(qū)域的內(nèi)部電路使用單一開關(guān)以及單一 ESD 檢測電路來作為防護(hù)。如圖3a所示，ESD防護(hù)機(jī)制的集成電路300包含ESD保護(hù)元件301、 內(nèi)部電路303、開關(guān)305以及ESD檢測電路307。同樣地，ESD檢測電路307耦接于開關(guān)305，
6用以檢測一靜電放電信號(例如一突發(fā)性的大電壓或一突發(fā)性大電流)，并在靜電放電信 號產(chǎn)生時(shí)，使開關(guān)305不導(dǎo)通。在圖3a所示的實(shí)施例中，內(nèi)部電路309和內(nèi)部電路303屬 于不同電源區(qū)域，但亦具有相對應(yīng)的ESD保護(hù)元件311、開關(guān)313以及ESD檢測電路315，且 其動作方式也和內(nèi)部電路303相同。圖3b所示的具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路320具有和圖3a所 示的具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路300相同的元件。且具有多重電源區(qū) 域集成電路的靜電放電防護(hù)電路320中的第一內(nèi)部電路317和具有多重電源區(qū)域集成電路 的靜電放電防護(hù)電路300中的第一內(nèi)部電路303 —樣具有一 PMOS 306和NMOS 308。其不 同之處在于，圖3b中的NMOS 308的基底直接連接至第二地線GND2，而圖3a中的NMOS 304 的基底直接連接至NMOS 304的源極和第一開關(guān)305。在圖4所示的實(shí)施例中，多個(gè)內(nèi)部電路可以共用一組保護(hù)電路，這組保護(hù)電路包 含兩開關(guān)以及一 ESD檢測電路。如圖4所示，內(nèi)部電路401和403 (此兩內(nèi)部電路可以是同 一電源區(qū)域的內(nèi)部電路)共用開關(guān)405、開關(guān)407以及ESD檢測電路409，因此只要一組保 護(hù)電路便可同時(shí)防止ESD電流流到內(nèi)部電路411和413。圖5 (a)和(b)繪示了圖1至圖4所示的電路的開關(guān)的示范性詳細(xì)結(jié)構(gòu)。在圖5(a) 中使用一 NMOS 501來做為開關(guān)，NMOS 501的基底耦接至地線，而其柵極接收來自ESD檢測 電路的ESD通知信號ES而導(dǎo)通或不導(dǎo)通。在圖5(b)中使用一 PMOS 503來做為開關(guān)，PMOS 503的基底耦接至地線，而其柵極接收來自ESD檢測電路的ESD通知信號ES而導(dǎo)通或不導(dǎo)
ο圖6繪示了圖1至圖4所示的電路的ESD檢測電路600的示范性詳細(xì)結(jié)構(gòu)。如圖 6所示，ESD檢測電路600具有一第一阻抗元件601、一第二阻抗元件603以及一反相器605。 反相器605的輸入端耦接至圖5所示的NMOS 501，而反相器605的輸出端耦接至圖5所示 的PMOS 503。第一阻抗元件601和第二阻抗元件603可由二極管、電容和電阻等來施行。圖7繪示了使用圖5-6所示的結(jié)構(gòu)的具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù) 電路700的電路圖。如圖7所示，具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路700具 有一內(nèi)部電路701、一第一開關(guān)703、一第二開關(guān)705以及一 ESD檢測電路707。在此實(shí)施 例中，第一開關(guān)703為一 NM0S、第二開關(guān)705包含一 PMOS 711以及一反相器713，而ESD檢 測電路707包含一電阻715以及一電容717。正常狀態(tài)下電源Vcc2可以對電容717正常 充電，因此接點(diǎn)A保持在高電平狀態(tài)，第一開關(guān)703以及第二開關(guān)705保持導(dǎo)通的狀況。而 在ESD產(chǎn)生時(shí)，電容717無法正常充電，因此接點(diǎn)A保持在低電平狀態(tài)，第一開關(guān)703以及 第二開關(guān)705會變成不導(dǎo)通的狀況。須注意的是，圖7所示的結(jié)構(gòu)僅用以舉例，并非用以限 定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可任意更改電路結(jié)構(gòu)而得到相同的結(jié)果。根據(jù)上述的實(shí)施例，可以對不同電源區(qū)域的電路提供ESD保護(hù)，而且保護(hù)元件不 在信號傳遞路徑上，因此可以避免信號延遲的問題。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，均應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
一種具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路，包含一ESD保護(hù)元件，耦接于一第一電源供應(yīng)線和一第一地線之間；一第一內(nèi)部電路，具有耦接于該第一電源供應(yīng)線的一第一端；一第一開關(guān)，耦接于該第一內(nèi)部電路的一第二端以及一第二地線之間；以及一第一ESD檢測電路，耦接于該第一開關(guān)，用以檢測一靜電放電信號，并在該靜電放電信號產(chǎn)生時(shí)，使該第一開關(guān)不導(dǎo)通。
2.如權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)電路，還包含一第二開關(guān)，耦接于該第一內(nèi)部電路的該第一端以及該第一電源供應(yīng)線之間；以及 一第二 ESD檢測電路，耦接于該第二開關(guān)，用以檢測一靜電放電信號，并在該靜電放電 信號產(chǎn)生時(shí)，使該第二開關(guān)不導(dǎo)通。
3.如權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)電路，其中該第一開關(guān)為一NM0S，且該第一開關(guān) 的一基體直接連接于該第一開關(guān)的一源極以及該第一開關(guān)。
4.如權(quán)利要求3所述的靜電放電保護(hù)電路，其中該第一開關(guān)具有一深層N型布植層 (Deep N Well)。
5.如權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)電路，其中該第一開關(guān)為一NM0S，且該第一開關(guān) 的一基體直接連接于該第一地線。
6.如權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)電路，還包含一第二開關(guān)，耦接于該第一內(nèi)部電 路的該第一端以及該第一電源供應(yīng)線之間，亦耦接于該第一 ESD檢測電路，該第一 ESD檢測 電路在該靜電放電信號產(chǎn)生時(shí)，使該第二開關(guān)不導(dǎo)通。
7.如權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)電路，還包含一第二內(nèi)部電路，耦接于一第二電源供應(yīng)線以及該第一地線之間；以及 一延遲元件，耦接于該第一內(nèi)部電路以及該第二內(nèi)部電路之間。
8.如權(quán)利要求1所述的靜電放電保護(hù)電路，還包含一第二內(nèi)部電路，具有一第一端以 及一第二端，該第二內(nèi)部電路的該第一端耦接到該第一內(nèi)部電路的該第一端，該第二內(nèi)部 電路的該第二端耦接到該第一內(nèi)部電路的該第二端以及該第一開關(guān)。
9.一種具有突發(fā)性電流防護(hù)機(jī)制的集成電路，包含一第一欲保護(hù)電路，具有耦接于一第一電源供應(yīng)線的一第一端； 一第一開關(guān)，耦接于該第一欲保護(hù)電路的一第二端以及一第二地線之間；以及 一第一突發(fā)性電流檢測電路，耦接于該第一開關(guān)，用以檢測一靜電放電信號，并在該靜 電放電信號產(chǎn)生時(shí)，使該第一開關(guān)不導(dǎo)通。
10.如權(quán)利要求9所述的具有突發(fā)性電流防護(hù)機(jī)制的集成電路，還包含一第二開關(guān)，耦接于該第一欲保護(hù)電路的該第一端以及該第一電源供應(yīng)線之間；以及 一第二突發(fā)性電流檢測電路，耦接于該第二開關(guān)，用以檢測一靜電放電信號，并在該靜 電放電信號產(chǎn)生時(shí)，使該第二開關(guān)不導(dǎo)通。
11.如權(quán)利要求9所述的具有突發(fā)性電流防護(hù)機(jī)制的集成電路，其中該第一開關(guān)為一 NM0S，且該第一開關(guān)的一基體直接連接于該第一開關(guān)的一源極以及該第一開關(guān)。
12.如權(quán)利要求11所述的具有突發(fā)性電流防護(hù)機(jī)制的集成電路，其中該第一開關(guān)具有 一深層N型布植層(De印N Well)。
13.如權(quán)利要求9所述的具有突發(fā)性電流防護(hù)機(jī)制的集成電路，其中該第一開關(guān)為一NM0S，且該第一開關(guān)的一基體直接連接于該第一地線。
14.如權(quán)利要求9所述的具有突發(fā)性電流防護(hù)機(jī)制的集成電路，還包含一第二開關(guān)，耦 接于該第一欲保護(hù)電路的該第一端以及該第一電源供應(yīng)線之間，亦耦接于該第一突發(fā)性電 流檢測電路，該第一突發(fā)性電流檢測電路在該靜電放電信號產(chǎn)生時(shí)，使該第二開關(guān)不導(dǎo)通。
15.如權(quán)利要求9所述的具有突發(fā)性電流防護(hù)機(jī)制的集成電路，還包含 一第二欲保護(hù)電路，耦接于一第二電源供應(yīng)線以及一第一地線之間；以及 一延遲元件，耦接于該第一欲保護(hù)電路以及該第二欲保護(hù)電路之間。
16.如權(quán)利要求9所述的具有突發(fā)性電流防護(hù)機(jī)制的集成電路，還包含一第二欲保護(hù) 電路，具有一第一端以及一第二端，該第二欲保護(hù)電路的該第一端耦接到該第一欲保護(hù)電 路的該第一端，該第二欲保護(hù)電路的該第二端耦接到該第一欲保護(hù)電路的該第二端以及該 第一開關(guān)。
全文摘要
一種具有多重電源區(qū)域集成電路的靜電放電防護(hù)電路，包含一ESD保護(hù)元件，耦接于一第一電源供應(yīng)線和一第一地線之間；一第一內(nèi)部電路，具有耦接于該第一電源供應(yīng)線的一第一端；一第一開關(guān)，耦接于該第一內(nèi)部電路的一第二端以及一第二地線之間；以及一第一ESD檢測電路，耦接于該第一開關(guān)，用以檢測一靜電放電信號，并在該靜電放電信號產(chǎn)生時(shí)，使該第一開關(guān)不導(dǎo)通。
文檔編號H02H9/00GK101938118SQ200910151820
公開日2011年1月5日 申請日期2009年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日
發(fā)明者柯明道, 蔡富義 申請人:智原科技股份有限公司