双极互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路及方法技术

本发明专利技术提供一结合双载子晶体管的金属氧化物半导体的结构，以双载子晶体管来触发金属氧化物半导体来达到静电放电防护的功能。由于双载子晶体管可避免习知技艺中用ＲＣ触发的静电放电防护电路布局过大问题外，利用双载子晶体管也可以防止漏电流，及双载子晶体管本身的触发电压也较低，故可以避免漏电流极高触发电压的问题。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术有关一种金属氧化物半导体的静电放电防护，特别是有关于结合双载子晶体管的金属氧化物半导体的静电放电防护。(2)
技术介绍
静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)是造成大多数的电子元件或电子系统受到过度电性应力(Electrical Overstress，EOS)破坏的主要因素。这种破坏会导致半导体元件以及电脑系统等，形成一种永久性的毁坏，因而影响集成电路(Integrated Circuits，ICs)的电路功能，而使得电子产品工作不正常。而静电放电破坏的产生，多是由于人为因素所形成，但又很难避免。电子元件或系统在制造、生产、组装、测试、存放、搬运等的过程中，静电会累积在人体、仪器、储放设备等中，甚至在电子元件本身也会累积静电，而人们在不知情的情况下，使这些物体相互接触，因而形了一放电路径，使得电子元件或系统遭到静电放电的伤害。根据静电放电产生的原因及其对集成电路放电的方式不同，可分为四类人体放电模式(Human-Body Model，HBM)、机器放电模式(Machine Model，MM)、元件充电模式(Charged-Device Model，CDM)及电场感应模式(Field-InducedModel，FIM)。以人体放电模式为例，对一般商用IC的2000伏特静电放电电压而言，人体的等效放电电阻定为1500欧姆，因此其电流值约为1.3安培。因此，为了避免集成电路被静电放电所损伤，在集成电路内皆有制作静电放电防护电路。静电放电防护电路是集成电路上专门用来作为静电放电防护的用的特殊电路，此静电放电防护电路提供了静电放电电流路径，以免静电放电放电时电流流入集成电路(IC)内部电路而造成损伤。人体放电模式与机器放电模式的静电放电来自外界，所以静电放电防护电路都是做在焊垫(PAD)的旁边。在输出焊垫，其输出级大尺寸的P型金属氧化物半导体(PMOS)及N型金属氧化物半导体(NMOS)可当做静电放电防謢元件来用。因互补式金属氧化物半导体(Complementary MetalOxide Semiconductor，CMOS)集成电路的输入焊垫一般都是连接到金属氧化物半导体元件的栅极(gate)，栅极氧化层是容易被静电放电所打穿，因此在输入垫的旁边会做一组静电放电防护电路来保护输入级的元件。在VDD焊垫与VSS焊垫的旁边也要做静电放电防护电路，因为VDD与VSS脚之间也可能遭受静电放电。传统的互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路如图1A所示，其金属氧化物半导体10一般的触发电压(triggering voltage)约10伏特左右，当跨压大于10伏特时，金属氧化物半导体将进入回崩溃区(snapback region)而将静电导出而使内部集成电路不必承受过高的电压及静电的放电电流。如图1B所示，当金属氧化物半导体的寄生双载子晶体管的电压V到达Vt1时，金属氧化物半导体进入回崩溃区，当电流到达It2时，金属氧化物半导体将烧毁。藉由金属氧化物半导体在回崩溃区时，金属氧化物半导体的跨压V将不再上升的特性，来做静电放电防护。目前半导体集成电路以互补式金属氧化物半导体技术为主。在互补式金属氧化半集成电路中，随着量产制程的演进，元件的尺寸已缩减到深次微米(deep-submicron)阶段，以增进集成电路的性能及运算速度，以及降低每颗芯片的制造成本。但是，上述先进的制程技术以及缩得更小的元件尺寸，使得次微米互补式金属氧化物半导体集成电路对静电放电的防护能力下降很多。但外界环境中所产生的静电并未减少，故互补式金属氧化物半导体集成电路因静电放电而损伤的情形更形严重，许多深次微米互补式金属氧化物半导体集成电路产品都面临了这个棘手的问题。因此，为改善静电放电防护电路的性能，如图1C、1D所示，利用基纳二极管(zener diode)的崩溃电压(breakdown voltage)来偏压金属氧化物半导体10的栅极或基底端，使金属氧化物半导体可于较低的跨压即将静电导出。但基纳二极管要有较低的崩溃电压，其掺杂浓度必须较高，造成漏电流的问题。如图1E所示，则是利用RC电路来触发金属氧化物半导体10，但必须考虑RC电路的周期需较静电放电的时间为长(以人体放电模式而言，约150毫微秒)，造成静电放电防护电路的布局面积过大。IBM也于最近在ESD Association发表了SiGe异质结双极晶体管(heterojunction bipolar transistor，HBT)静电放电防护电路，如图1F所示，以双载子晶体管(bipolar)来取代基纳二极管来解决漏电流问题。由于现有技术的静电放电防护结构有上述的问题，仍待解决，因此对静电放电防护结构仍有许多发展与研究的必要。(3)
技术实现思路
鉴于上述的专利技术背景中，现有的静电放电防护电路有静电放电触发电压太高、漏电流及防护电路的布局面积过大的问题，本专利技术的主要目的在于利用双载子晶体管的特性，使静电放电防护电路有较低静电放电触发电压。本专利技术的另一目的为利用金属氧化物半导体的回崩溃现象，使静电电流流经金属氧化物半导体的底材部分，使静电放电防护电路可承受静电放电时所产生的热。本专利技术的又一目的为利用双载子晶体管作为触发元件，来触发金属氧化物半导体，以避免漏电流及防护电路的布局面积过大的问题。根据以上所述的目的，本专利技术揭示了结合双载子晶体管的金属氧化物半导体的静电放电防护电路。本专利技术是利用双载子晶体管作为触发元件，其基极(base)为开放端，以栅极触发(gate trigger)、基底触发(base trigger)或栅极/触发(gate/base trigger)的方式来连接并触发金属氧化物半导体。藉由用双载子晶体管本身有防止漏电流产生以及低触发电压的特性、较小布局面积的特性可避免现有技术中所面临的问题。因此，本专利技术利用双载子晶体管作为触发元件，可避免漏电流的问题，而且所需的布局面积也可较RC触发电路的为小。并且其静电放电触发电压也可较低。而静电电流流经底材部分，也可使静电放电防护电路可承受静电放电时所产生的热。(4)附图说明图1A及图1C至图1F是习知技术的静电放电防护电路；图1B是金属氧化物半导体的回崩溃的电压-电流关系图；图2是一般集成电路中需装设静电放电防护电路的示意图3A至图3B是本专利技术的一较佳实施例的电路及结构示意图；图4A至图4B是本专利技术的另一较佳实施例的电路及结构示意图；图5A至图5B是本专利技术的再一较佳实施例的电路及结构示意图；以及图6A至图6C是使用P型金属氧化物半导体的静电放电防护电路示意图。(5)具体实施方式本专利技术的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述外，本专利技术还可以广泛地在其他的实施例施行，且本专利技术的范围不受限定，而是以后附的权利要求所限定的范围为准。另外，为提供更清楚的描述及更易理解本专利技术，图示内各部分并没有依照其相对尺寸绘图，某些尺寸与其他相关尺度相比已经被夸张；不相关的细节部分也未完全绘出，以求图示的简洁。参考图2，内部电路14，在输入焊垫12与VDD正电压源及VSS接地端之间，以及输出焊垫16与VDD正电压源及VSS接地端之间，和VDD正电压源及VSS接地端之间均需有静电放电防护电路21~25，以确保对任何一种静电放本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双载子／互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路，其特征在于，包含：一金属氧化物半导体晶体管；一双载子晶体管，其基极为一开放端；及一底材电阻，与该双载子晶体管串联，该串联的底材电阻／双载子晶体管则与该金属氧化物半 导体晶体管并联，其中该底材电阻与该双载子晶体管相连接的一端点还连接至该金属氧化物半导体晶体管，使跨于该底材电阻的电压让一静电电流流过该金属氧化物半导体晶体管内的一寄生双载子晶体管。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种双载子/互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路，其特征在于，包含一金属氧化物半导体晶体管；一双载子晶体管，其基极为一开放端；及一底材电阻，与该双载子晶体管串联，该串联的底材电阻/双载子晶体管则与该金属氧化物半导体晶体管并联，其中该底材电阻与该双载子晶体管相连接的一端点还连接至该金属氧化物半导体晶体管，使跨于该底材电阻的电压让一静电电流流过该金属氧化物半导体晶体管内的一寄生双载子晶体管。2.如权利要求1所述的双载子/互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路，其特征在于，所述的金属氧化物半导体晶体管是为一N型金属氧化物半导体晶体管。3.如权利要求2所述的双载子/互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路，其特征在于，所述底材电阻的一端点连接至该金属氧化物半导体晶体管的一栅极，所述底材电阻的另一端点连接至该金属氧化物半导体晶体管的一源极，且该金属氧化物半导体晶体管的一基底与该源极相连接。4.如权利要求2所述的双载子/互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路，其特征在于，所述底材电阻的一端点连接至该金属氧化物半导体晶体管的一源极，所述底材电阻的另一端点连接至该金属氧化物半导体晶体管的一基底，且该金属氧化物半导体晶体管的一栅极与该源极相连接。5.如权利要求2所述的双载子/互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路，其特征在于，所述底材电阻的一端点连接至该金属氧化物半导体晶体管的一栅极，所述底材电阻的另一端点连接至该金属氧化物半导体晶体管的一源极，且该金属氧化物半导体晶体管的一基底与该栅极相连接。6.如权利要求1所述的双载子/互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路，其特征在于，所述的金属氧化物半导体晶体管是为一P型金属氧化物半导体晶体管。7.如权利要求6所述的双载子/互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路，其特征在于，所述底材电阻的一端点连接至该金属氧化物半导体晶体管的一栅极，所述底材电阻的另一端点连接至该金属氧化物半导体晶体管的一漏极，且该金属氧化物半导体晶体管的一基底与该漏极相连接。8.如权利要求6所述的双载子/互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路，其特征在于，所述底材电阻的一端点连接至该金属氧化物半导体晶体管的一漏极，所述底材电阻的另一端点连接至该金属氧化物半导体晶体管的一基底，且该金属氧化物半导体晶体管的一栅极与该漏极相连接。9.如权利要求6所述的双载子/互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路，其特征在于，所述底材电阻的一端点连接至该金属氧化物半导体晶体管的一栅极，所述底材电阻的另一端点连接至该金属氧化物半导体晶体管的一漏极，且该金属氧化物半导体晶体管的一基底与该栅极相连接。10.如权利要求1所述的双载子/互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路，其特征在于，所述双载子晶体管与该金属氧化物半导体晶体管的连接端是连接至一第一正电压源。11.如权利要求10所述的双载子/互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路，其特征在于，所述底材电阻与该金属氧化物半导体晶体管的连接端是连接至一第二正电压源。12.如权利要求1所述的双载子/互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路，其特征在于，所述底材电阻与该金属氧化物半导体晶体管的连接端是连接至一接地端。13.如权利要求1所述的双载子/互补式金属氧化物半导体的静电放电防护电路，其特征在于，所述双载子晶体管与该金属氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈孝贤，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]