各種實(shí)施例的方面涉及由具有防護(hù)區(qū)域的電路進(jìn)行的靜電放電(esd)保護(hù)，防護(hù)區(qū)域影響電路的電流和操作特性。

背景技術(shù)：

esd為可由在電接觸的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的靜電積聚所引起的突發(fā)性電流。當(dāng)物體足夠靠近以使物體之間的電介質(zhì)擊穿時(shí)，可發(fā)生esd事件。esd事件是集成電路(ic)器件和芯片的許多故障的原因?？梢允褂酶鞣N不同的電路解決方案提供esd保護(hù)。esd保護(hù)的操作特性可受到ic芯片空間、制造過(guò)程和成本以及技術(shù)限制的限制。

對(duì)于各種應(yīng)用，這些和其它問(wèn)題已經(jīng)對(duì)esd保護(hù)實(shí)施方案的效率提出了挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

各種例子實(shí)施例涉及硅控整流器(scr)電路，硅控整流器(scr)電路在提供scr路徑的兩個(gè)雙極晶體管(例如，pnpn)之間使用有源防護(hù)環(huán)。這對(duì)于在esd事件期間實(shí)現(xiàn)增大的驟回保持電壓可以是有用的。特定方面允許在正常操作期間的功能在很大程度上依然不受影響。

本公開的某些實(shí)施例涉及被配置成將靜電放電(esd)電流從節(jié)點(diǎn)分流到參考電壓的硅控整流器(scr)電路。scr電路包括具有連接到節(jié)點(diǎn)的第一發(fā)射極、第一基極和第一集電極的第一雙極pnp晶體管。第二雙極npn晶體管具有與第一基極共享第一區(qū)域的第二集電極，與第一集電極共享第二區(qū)域的第二基極，以及電連接到參考電壓的發(fā)射極。防護(hù)區(qū)域被配置且布置成響應(yīng)于esd事件通過(guò)阻礙在第二區(qū)域中的電流延遲scr電路的觸發(fā)。

本公開的各種實(shí)施例涉及用于使用硅控整流器(scr)電路提供靜電放電(esd)保護(hù)的方法。該方法包括響應(yīng)于esd事件對(duì)電阻器-電容器(rc)觸發(fā)電路充電。響應(yīng)于在rc觸發(fā)電路上的充電，啟用在scr電路中的第一雙極晶體管。通過(guò)使用防護(hù)區(qū)域阻礙在第二雙極晶體管的基極中的電流來(lái)延遲scr電路的第二雙極晶體管的啟用。在延遲之后，通過(guò)scr電路的第一雙極晶體管和第二雙極晶體管對(duì)esd電流進(jìn)行分流。

本公開的某些實(shí)施例涉及一種設(shè)備，其包括：

硅控整流器(scr)電路，所述硅控整流器(scr)電路被配置成將靜電放電(esd)電流從節(jié)點(diǎn)分流到參考電壓，所述scr電路包括：

第一雙極pnp晶體管，所述第一雙極pnp晶體管具有連接到所述節(jié)點(diǎn)的第一發(fā)射極、第一基極和第一集電極；

第二雙極npn晶體管，所述第二雙極npn晶體管具有與所述第一基極共享第一區(qū)域的第二集電極，與所述第一集電極共享第二區(qū)域的第二基極，以及電連接到所述參考電壓的發(fā)射極；以及

防護(hù)區(qū)域，所述防護(hù)區(qū)域被配置且布置成響應(yīng)于esd事件通過(guò)阻礙在所述第二區(qū)域中的電流延遲所述scr電路的觸發(fā)。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述第一雙極pnp晶體管被配置成響應(yīng)于由電阻器-電容器(rc)觸發(fā)電路生成的觸發(fā)電流對(duì)esd電流進(jìn)行分流。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述第二雙極晶體管的所述第二基極被配置成接收通過(guò)所述第一雙極晶體管分流的所述esd電流。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述第二雙極npn晶體管包括在所述基極和所述發(fā)射極之間的嵌入式二極管。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述防護(hù)區(qū)域?yàn)樵谒龅诙^(qū)域內(nèi)的n阱，并且其中所述第二區(qū)域?yàn)閜摻雜襯底。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述設(shè)備另外包括電阻器觸發(fā)電路，所述電阻器觸發(fā)電路包括連接在所述節(jié)點(diǎn)與所述參考電壓之間的電阻器-電容器(rc)電路，以及連接在所述rc電路與所述第一雙極晶體管和所述第二雙極晶體管之間且被配置成響應(yīng)于所述rc電路啟用所述scr的邏輯。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述第二雙極npn晶體管包括在所述基極與所述發(fā)射極之間的嵌入式二極管，并且所述嵌入式二極管被配置且布置成傳導(dǎo)所述esd電流的一部分，并且由此增大所述設(shè)備的二次擊穿電流。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述scr電路被配置成為5v的直流電壓提供低于大約10^-6安培的泄漏電流。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述scr電路被配置成提供至少3v的驟回保持電壓。

本公開的各種實(shí)施例涉及一種用于使用硅控整流器(scr)電路提供靜電放電(esd)保護(hù)的方法，包括：

響應(yīng)于esd事件，對(duì)電阻器-電容器(rc)觸發(fā)電路充電；

響應(yīng)于在所述rc觸發(fā)電路上的充電，啟用在所述scr電路中的第一雙極晶體管；

通過(guò)使用防護(hù)區(qū)域阻礙在所述第二雙極晶體管的基極中的電流來(lái)延遲所述scr電路的第二雙極晶體管的啟用；以及

在所述延遲之后，通過(guò)所述scr電路的所述第一雙極晶體管和所述第二雙極晶體管對(duì)esd電流進(jìn)行分流。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述第一晶體管為垂直pnp雙極晶體管，并且所述啟用響應(yīng)于注入到所述第一雙極晶體管的n部分中的電流，并且在所述scr電路的襯底中產(chǎn)生電流。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述第二雙極晶體管為npn雙極晶體管，并且所述襯底充當(dāng)所述npn雙極晶體管的所述基極和所述pnp雙極晶體管的集電極。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，使用所述防護(hù)區(qū)域阻礙電流從所述啟用的第一雙極晶體管到所述第二雙極晶體管的所述基極包括通過(guò)所述防護(hù)區(qū)域轉(zhuǎn)移在所述襯底中的所述電流的一部分。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，使用所述防護(hù)區(qū)域阻礙電流從所述啟用的第一雙極晶體管到所述第二雙極晶體管的所述基極包括將偏壓提供到所述防護(hù)區(qū)域。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述第一雙極晶體管的所述啟用包括使用在所述rc觸發(fā)電路與所述第一雙極晶體管之間的cmos反相器電路以驅(qū)動(dòng)所述第一雙極晶體管的基極。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述方法另外包括為在-1v與5v之間的直流電壓提供低于大約10^-6安培的所述scr電路的泄漏電流。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，所述方法另外包括為所述scr電路提供至少3v的驟回保持電壓。

上面的討論/概述不旨在描述本公開的每個(gè)實(shí)施例或每個(gè)實(shí)施方案。以下圖式和詳細(xì)描述還舉例說(shuō)明了各種實(shí)施例。

附圖說(shuō)明

考慮結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述可更完整地理解各種例子實(shí)施例，在附圖中：

圖1為根據(jù)本公開的實(shí)施例包括esd保護(hù)電路系統(tǒng)的系統(tǒng)的方框圖；

圖2為根據(jù)本公開的實(shí)施例示出用于esd保護(hù)電路系統(tǒng)的等效電路的電路圖；

圖3為根據(jù)本公開的實(shí)施例示出在正常操作中等效于esd保護(hù)電路系統(tǒng)的等效電路的電路圖；

圖4為根據(jù)本公開的實(shí)施例示出在esd事件中等效于esd保護(hù)電路系統(tǒng)的等效電路的電路圖；

圖5為根據(jù)本公開的實(shí)施例包括用于提供esd保護(hù)的scr電路的設(shè)備的橫截面視圖；

圖6為根據(jù)本公開的實(shí)施例包括用于提供esd保護(hù)的scr電路的設(shè)備的自頂向下視圖；

圖7為根據(jù)本公開的實(shí)施例具有agr的esd保護(hù)電路系統(tǒng)的dc掃描的曲線圖；

圖8為根據(jù)本公開的實(shí)施例實(shí)驗(yàn)性傳輸線脈沖(tlp)測(cè)試結(jié)果的曲線圖；

圖9為根據(jù)本公開的實(shí)施例用于使用具有防護(hù)區(qū)域的rcscr電路提供esd保護(hù)的流程圖；以及

圖10為根據(jù)本公開的實(shí)施例包括esd保護(hù)電路系統(tǒng)的系統(tǒng)的電路圖。

雖然本文中所討論的各種實(shí)施例能夠經(jīng)受各種修改及可替換的形式，但在附圖中以例子的方式已經(jīng)示出了實(shí)施例的方面，且將詳細(xì)描述實(shí)施例的方面。然而，應(yīng)理解，并不打算將本公開限制于所描述的特定實(shí)施例。相反，意圖覆蓋落入包括權(quán)利要求書中限定的方面的本公開的范圍內(nèi)的所有修改、等效物和可替換的方案。此外，如在整個(gè)本申請(qǐng)中使用的術(shù)語(yǔ)“例子”僅作為說(shuō)明，而非作為限制。

具體實(shí)施方式

本公開的方面被認(rèn)為可應(yīng)用于涉及電路部件的esd保護(hù)的各種不同類型的設(shè)備、系統(tǒng)和方法。在某些實(shí)施方案中，當(dāng)在使用互補(bǔ)金屬-氧化物半導(dǎo)體(cmos)兼容過(guò)程制造的集成電路(ic)芯片的情形下使用時(shí)，本公開的方面已經(jīng)表明是有益的。在一些實(shí)施例中，使用防護(hù)區(qū)域來(lái)控制esd保護(hù)電路的保持電壓?？梢詫?shí)施這些和其它方面以解決包括上面背景部分中所討論的那些的挑戰(zhàn)。雖然沒(méi)有必要如此限制，但是通過(guò)使用此類示例性情形的例子的討論可以理解各個(gè)方面。

在以下描述中，闡述各種具體細(xì)節(jié)以描述本文提出的具體例子。然而，對(duì)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該顯而易見的是，可在沒(méi)有下面給出的所有具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐一個(gè)或多個(gè)其它例子和/或這些例子的變化。在其它情況下，未詳細(xì)地描述眾所周知的特征以免混淆在本文中的例子的描述。為了便于說(shuō)明，可在不同附圖中使用相同的附圖標(biāo)記以指代相同元件或相同元件的另外情況。再者，盡管可在一些情況下在個(gè)別圖式或?qū)嵤├忻枋龇矫婧吞卣?，但?yīng)了解，來(lái)自一個(gè)圖式的特征可與另一個(gè)圖式或?qū)嵤├奶卣鹘M合，即使不將該組合明確地示出或明確地描述為組合。

根據(jù)本公開的各種實(shí)施例，硅控整流器(scr)電路可被設(shè)計(jì)成提供esd保護(hù)。特定方面涉及scr電路，scr電路包括被配置成增大用于esd保護(hù)的驟回保持電壓的防護(hù)區(qū)域(或防護(hù)環(huán))。雖然使用在ic芯片上的少量物理空間，但是scr電路可以提供低導(dǎo)通電阻。scr電路傾向于具有低驟回保持電壓(或僅“保持電壓”)，這可以導(dǎo)致高電壓器件的閂鎖狀況。scr電路也可以具有高觸發(fā)電壓，這可以導(dǎo)致對(duì)受esd保護(hù)的電路的損壞。

本公開的各種實(shí)施例涉及esd保護(hù)電路，esd保護(hù)電路使用電阻器-電容器(rc)觸發(fā)電路以有效地減小觸發(fā)電壓。結(jié)合rc觸發(fā)電路，防護(hù)區(qū)域以增大有效保持電壓的方式阻礙在scr內(nèi)的電流。所得的esd保護(hù)電路可以提供相對(duì)低觸發(fā)電壓和相對(duì)高的保持電壓二者。各個(gè)方面涉及對(duì)esd保護(hù)電路的scr部分的尺寸具有最少影響的防護(hù)區(qū)域的使用。

在各種實(shí)施例中，硅控整流器(scr)電路被配置成將靜電放電(esd)電流從節(jié)點(diǎn)分流到參考電壓。scr電路由共享其相應(yīng)晶體管部件的區(qū)域兩個(gè)雙極晶體管制成。雙極晶體管中的每個(gè)雙極晶體管包括相應(yīng)的第一發(fā)射極、基極和集電極。雙極晶體管為相反的類型(pnp對(duì)npn)，并且共享兩個(gè)重疊摻雜的p/n區(qū)域。例如，scr結(jié)構(gòu)可以為具有在雙極晶體管之間共享的中間“np”區(qū)域的pnpn。

特定實(shí)施例涉及pnp雙極晶體管的發(fā)射極連接到受到保護(hù)以免受esd事件的節(jié)點(diǎn)的配置。另一個(gè)雙極晶體管為npn晶體管，npn晶體管具有分別與pnp基極和pnp集電極共享區(qū)域的集電極和基極。npn晶體管的發(fā)射極可連接到參考電壓。根據(jù)各種實(shí)施例，通過(guò)連接到電源端提供參考電壓，esd電流可以被安全地放電到電源端。例如，參考電壓可以為受到保護(hù)以免受esd事件的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fet)的負(fù)電壓電源。負(fù)電源電壓有時(shí)還被稱作接地。因此，當(dāng)被esd事件激活時(shí)，scr在節(jié)點(diǎn)和參考電壓之間對(duì)esd電流進(jìn)行分流。防護(hù)區(qū)域(或環(huán))被配置且布置成響應(yīng)于esd事件通過(guò)阻礙對(duì)應(yīng)于npn晶體管的基極的電流區(qū)域延遲scr電路的觸發(fā)。例如，可以使用連接到參考節(jié)點(diǎn)的n阱實(shí)施防護(hù)區(qū)域。在參考節(jié)點(diǎn)上的電壓阻礙電流通過(guò)第二區(qū)域，并且由此相對(duì)于不具有防護(hù)區(qū)域的類似scr電路增大了scr電路的保持電壓。

如本文中所討論的，并且根據(jù)某些實(shí)施例，可使用傳輸線脈沖(tlp)測(cè)量來(lái)確定保持電壓(vh)和類似的參數(shù)?？赏ㄟ^(guò)將傳輸線預(yù)充電到高電壓且然后迅速地將能量放電到被測(cè)試的esd保護(hù)器件來(lái)進(jìn)行tlp測(cè)量。除非另有規(guī)定，否則使用用于比較器件中的每個(gè)比較器件的類似tlp測(cè)量過(guò)程來(lái)進(jìn)行針對(duì)不同器件的參數(shù)的相對(duì)比較(例如，驟回保持電壓或其它)。

根據(jù)各種實(shí)施例，可以結(jié)合互補(bǔ)金屬-氧化物半導(dǎo)體(cmos)制造過(guò)程和結(jié)構(gòu)創(chuàng)建雙極晶體管，其中雙極晶體管由在基于cmos的結(jié)構(gòu)內(nèi)交替摻雜類型(npn或pnp)的部件形成。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖式，圖1為根據(jù)本公開的實(shí)施例包括esd保護(hù)電路系統(tǒng)的系統(tǒng)的方框圖。驅(qū)動(dòng)器電路104可被配置成響應(yīng)于從控制電路102提供的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)在輸出節(jié)點(diǎn)106上的輸出信號(hào)?？刂齐娐?02的特定功能和驅(qū)動(dòng)器電路104的配置可以在實(shí)施方案之間變化。在某些實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器電路104易受esd事件損壞。在更多特定實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器電路104具有低故障閾值電壓和相對(duì)高的操作電壓。低故障閾值可以限定令人滿意的觸發(fā)電壓的范圍，而操作電壓可以限定令人滿意的驟回保持電壓(例如，避免閂鎖狀況)。

可以使用esd保護(hù)電路系統(tǒng)提供用于驅(qū)動(dòng)器電路的esd保護(hù)，esd保護(hù)電路系統(tǒng)包括rc觸發(fā)電路108和scr110。如本文中所討論的，rc觸發(fā)電路108可被配置成為esd保護(hù)電路系統(tǒng)提供相對(duì)低的觸發(fā)電壓。在特定實(shí)施例中，rc觸發(fā)電路108包括響應(yīng)于施加到輸出節(jié)點(diǎn)106的esd電壓的rc電路。rc觸發(fā)電路108也可以包括被配置成響應(yīng)于rc電路的電壓驅(qū)動(dòng)scr的邏輯電路系統(tǒng)。例如，邏輯電路系統(tǒng)可包括，被配置成為一個(gè)或多個(gè)反相器的cmos晶體管，數(shù)字邏輯門的組合，或具有連接在rc電路與第一雙極晶體管和第二雙極晶體管之間的類似功能的邏輯電路系統(tǒng)。rc觸發(fā)電路108可以特別地對(duì)提供低觸發(fā)電壓有用，而不會(huì)不利地影響驅(qū)動(dòng)器電路104的正常操作。

各種實(shí)施例涉及具有各種其它電路和電路的配置的esd保護(hù)電路系統(tǒng)的使用。例如，受保護(hù)的節(jié)點(diǎn)可以連接到將受到保護(hù)以免受esd事件的各種類型的電路系統(tǒng)，無(wú)論受保護(hù)的電路系統(tǒng)是否被認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)器電路系統(tǒng)或其它。

圖2為根據(jù)本公開的實(shí)施例示出用于esd保護(hù)電路系統(tǒng)的等效電路的電路圖。根據(jù)圖1的討論，rc觸發(fā)電路可包括rc電路202和邏輯電路系統(tǒng)204二者。電路圖示出rc電路202，rc電路202包括在節(jié)點(diǎn)208(節(jié)點(diǎn)208可以連到正參考電壓(vdd))和連到參考電壓(例如，負(fù)參考電壓(vss))的節(jié)點(diǎn)之間串聯(lián)連接的電容器(c)和電阻器(r)。為便于討論，在以下討論中使用vdd和vss。rc電路202被配置成在相對(duì)于節(jié)點(diǎn)204的esd事件期間快速地獲得跨越電阻器的電壓。根據(jù)本公開的特定實(shí)施例，可以使用cmos晶體管創(chuàng)建rc電路202的電阻器部分和電容器部分。例如，可以使用具有相對(duì)長(zhǎng)的溝道的cmos晶體管創(chuàng)建電阻器，而可以使用另一個(gè)cmos晶體管的柵極電容創(chuàng)建電容器。

響應(yīng)于跨越電阻器獲得的電壓，邏輯電路系統(tǒng)204啟用scr電路206。在正常操作期間，電阻器達(dá)到具有極小電流或沒(méi)有電流的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)(不存在esd電平電壓擺動(dòng))。在正常操作期間，這阻止邏輯電路系統(tǒng)204啟用scr電路206。

圖2中所描繪的邏輯電路系統(tǒng)204包括反相器電路，反相器電路包括cmosfetmp1和mn1。其它邏輯電路系統(tǒng)是可能的，包括提供類似功能的邏輯門的變型。在正常操作期間，在節(jié)點(diǎn)210處的電壓在vss處或接近vss。在此情況下，也不啟用mp1，mp1使節(jié)點(diǎn)b處的電壓升高至vdd。應(yīng)指出，節(jié)點(diǎn)b連到fetmp的柵極，并且連到scr電路206。具體地說(shuō)，節(jié)點(diǎn)b連到雙極晶體管212的柵極和雙極晶體管214的集電極二者。以此方式，節(jié)點(diǎn)b對(duì)應(yīng)于pnpnscr電路206的共享n區(qū)域。因而，在正常操作期間，不啟用fetmp。因此，在正常操作期間，節(jié)點(diǎn)a并未被邏輯電路系統(tǒng)204主動(dòng)地驅(qū)動(dòng)。節(jié)點(diǎn)a連到雙極晶體管212的集電極和雙極晶體管214的柵極二者。于是，節(jié)點(diǎn)a對(duì)應(yīng)于pnpnscr電路206的共享p區(qū)域。

當(dāng)在節(jié)點(diǎn)208上(在vdd到vss之間)發(fā)生esd事件時(shí)，跨越電阻器獲得電壓。柵極節(jié)點(diǎn)210將朝向vdd增大，這將引起由mp1和mn1形成的反相器將節(jié)點(diǎn)b驅(qū)動(dòng)為低。具體地說(shuō)，mn1被啟用以將節(jié)點(diǎn)b驅(qū)動(dòng)到vss。這導(dǎo)致fetmp被啟用，fetmp將節(jié)點(diǎn)a朝向vdd驅(qū)動(dòng)為高。節(jié)點(diǎn)a和節(jié)點(diǎn)b的相對(duì)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致在雙極晶體管212和雙極晶體管214中的每個(gè)處(接近)同步的雙觸發(fā)信號(hào)。用于scr的此類雙觸發(fā)的使用可以對(duì)控制scr的接通特性有用。

根據(jù)某些實(shí)施例，邏輯電路系統(tǒng)204可經(jīng)修改調(diào)整提供到雙極晶體管212和雙極晶體管214的觸發(fā)信號(hào)。作為非限制性例子，另外的反相器級(jí)可用于增大邏輯電路系統(tǒng)204的增益。這對(duì)于生成用于觸發(fā)信號(hào)的方波可以特別地有用，這可導(dǎo)致更快的觸發(fā)。

一旦scr電路206已被啟用，scr電路206就將在vdd和vss之間的電流進(jìn)行分流。根據(jù)本公開的各種實(shí)施例，scr電路206可包括阻礙在scr電路206內(nèi)的電流的防護(hù)區(qū)域(例如，防護(hù)環(huán))。例如，防護(hù)區(qū)域可位于直接連接到節(jié)點(diǎn)a且對(duì)應(yīng)于雙極晶體管214的基極和雙極晶體管212的集電極的scr區(qū)域內(nèi)。防護(hù)區(qū)域可被配置成阻礙在對(duì)應(yīng)的scr區(qū)域內(nèi)的電流的流動(dòng)。更具體地，scr區(qū)域可以為在p襯底內(nèi)且有助于形成雙極可以為晶體管214的基極和雙極晶體管212的集電極的p阱。防護(hù)區(qū)域可以為直接連接到節(jié)點(diǎn)a的n阱，使得n阱電壓被設(shè)定為與節(jié)點(diǎn)a相同的電壓。這可迫使在scr區(qū)域中的至少一些電流流過(guò)p襯底，并且由此降低有效的驟回保持電壓。

圖3為根據(jù)本公開的實(shí)施例示出在正常操作中等效于esd保護(hù)電路系統(tǒng)的等效電路的電路圖。當(dāng)scr電路206未啟用且esd保護(hù)電路系統(tǒng)處于正常操作模式時(shí)，圖3的電路與來(lái)自圖2的的邏輯電路系統(tǒng)204一致。方框302表示fetmp1的導(dǎo)通電阻，該導(dǎo)通電阻被啟用且將節(jié)點(diǎn)b拉到vdd。在各種實(shí)施例中，導(dǎo)通電阻足夠低以確?？缭椒娇?02的電壓降足夠低，從而防止雙極pnp晶體管304被啟用。

本公開的實(shí)施例涉及包括嵌入式二極管的scr電路。嵌入式二極管可連接在節(jié)點(diǎn)a和vss之間。pn結(jié)可以形成于n接觸區(qū)與對(duì)應(yīng)于雙極晶體管308的基極的p阱之間。在正常操作期間，二極管用作由方框310表示的電阻器。在正常操作期間，方框310的有效電阻可以被設(shè)計(jì)成保持雙極晶體管308禁用。這可以相對(duì)于p阱特性進(jìn)行考慮，因?yàn)榉娇?10的有效電阻主要通過(guò)p阱電阻確定。

方框305表示有源防護(hù)區(qū)域(agr)306。根據(jù)本文中討論的某些實(shí)施例，agr306可位于在雙極晶體管304的集電極和雙極晶體管308的基極之間共享的區(qū)域中。agr306可被配置成阻礙從雙極晶體管304流到雙極晶體管308的集電極的電流。例如，agr306可以為位于對(duì)應(yīng)于雙極晶體管308的基極的p阱內(nèi)的n阱。

圖4為根據(jù)本公開的實(shí)施例示出在esd事件中等效于esd保護(hù)電路系統(tǒng)的等效電路的電路圖。當(dāng)scr電路206被啟用且esd保護(hù)電路系統(tǒng)退出正常操作模式時(shí)，圖4的電路與來(lái)自圖2的邏輯電路系統(tǒng)204一致。當(dāng)esd電壓首先施加到vdd節(jié)點(diǎn)時(shí)，rc觸發(fā)電路的rc部分通過(guò)將節(jié)點(diǎn)b驅(qū)動(dòng)為低(vss)且將節(jié)點(diǎn)a驅(qū)動(dòng)為高(vdd)，引起邏輯電路系統(tǒng)啟用scr電路。agr406的存在通過(guò)禁止導(dǎo)致雙極晶體管408接通的電流延遲scr電路的接通。在該延遲時(shí)間期間，esd電流可流過(guò)電流路徑a和電流路徑b。路徑a包括在雙極晶體管404的發(fā)射極和基極之間的二極管，在fetmn1被啟用(導(dǎo)電)之后，該二極管變成正向偏壓，并且開始下拉節(jié)點(diǎn)b。方框410表示fetmn1的導(dǎo)通電阻，并且將電流路徑a的其余部分提供到vss。

路徑b包括啟用的fetmp，其中方框402表示fetmp的導(dǎo)通電阻。agr406延遲雙極晶體管408的接通，各種實(shí)施例涉及scr電路，scr電路包括在形成雙極晶體管408的基極的p阱內(nèi)的嵌入式二極管412。嵌入式二極管412可包括在p阱內(nèi)且位于agr406外部的n部分，使得通過(guò)嵌入式二極管412的對(duì)應(yīng)pn結(jié)的電流不受agr406阻礙。n部分可以通過(guò)布線層連接到節(jié)點(diǎn)a。由于由agr406所提供的延遲，電流路徑b可在scr電路被完全啟用之前開始傳導(dǎo)，特別是關(guān)于雙極晶體管408和被標(biāo)識(shí)為c″的電流路徑c的部分。通過(guò)電流路徑b的電流也可以包括來(lái)自被標(biāo)識(shí)為c′的電流路徑c的上部的至少一些電流。類似于圖3的方框310的討論，二極管412的有效電阻可主要由p阱的電阻限定。

一旦scr電路(包括雙極晶體管408)被完全啟用，esd電流的主分流路徑就通過(guò)電流路徑c。應(yīng)指出，電流路徑a和電流路徑b中的每個(gè)可以在scr電路被啟用之后繼續(xù)對(duì)esd電流的一部分進(jìn)行分流。多個(gè)平行路徑的存在可增大scr電路的電流容量，并且對(duì)提供高的二次擊穿電流或器件故障點(diǎn)(it2)和低導(dǎo)通電阻可以特別地有用。根據(jù)本公開的實(shí)施例，agr406和多于一個(gè)esd分流路徑的組合(通過(guò)嵌入式二極管)可延遲scr操作且導(dǎo)致較高的驟回保持電壓。

圖5為根據(jù)本公開的實(shí)施例包括用于提供esd保護(hù)的scr電路的設(shè)備的橫截面。圖5所示的scr電路通常根據(jù)本文中討論的各種實(shí)施例包括其它圖式的電路圖和流程圖。根據(jù)特定實(shí)施例，scr電路可形成于包括p襯底502的集成電路(ic)芯片上。scr電路包括垂直雙極晶體管506和水平雙極晶體管504二者，垂直雙極晶體管506和水平雙極晶體管504中的每個(gè)共享pnpn結(jié)構(gòu)的兩個(gè)區(qū)域。例如，垂直雙極晶體管506包括具有對(duì)應(yīng)的區(qū)域508的發(fā)射極，該發(fā)射極可由通過(guò)布線層電連接到vdd的一個(gè)或多個(gè)p摻雜指狀件形成。指狀件可位于n阱510內(nèi)。n阱區(qū)域510可充當(dāng)垂直雙極晶體管506的基極和水平雙極晶體管504的集電極二者。垂直雙極晶體管506的集電極可在包括p阱512和p襯底502的區(qū)域內(nèi)形成。該區(qū)域也可以充當(dāng)水平雙極晶體管504的基極。水平雙極晶體管504也包括具有對(duì)應(yīng)的區(qū)域514的發(fā)射極。區(qū)域514可由通過(guò)互連/布線層電連接到vss的一個(gè)或多個(gè)n摻雜指狀件形成。圖5也描繪n摻雜指狀件522，n摻雜指狀件522形成用于根據(jù)節(jié)點(diǎn)b偏壓n阱區(qū)域510的接觸，節(jié)點(diǎn)b可通過(guò)rc觸發(fā)電路系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。類似地，p摻雜區(qū)域524充當(dāng)可為節(jié)點(diǎn)a提供偏壓的接觸。

根據(jù)本公開的各種實(shí)施例，有源防護(hù)區(qū)域516可以以阻礙電流通過(guò)對(duì)應(yīng)于集電極的區(qū)域的方式包括在對(duì)應(yīng)于垂直雙極晶體管506的集電極的區(qū)域內(nèi)。具體地說(shuō)，有源防護(hù)區(qū)域516與對(duì)應(yīng)于集電極的區(qū)域形成pn結(jié)。有源防護(hù)區(qū)域516連到與節(jié)點(diǎn)a相同的電勢(shì)。所得的結(jié)創(chuàng)建阻礙電流從n阱510流到n摻雜指狀件514的耗盡區(qū)域。根據(jù)本公開的特定實(shí)施例，scr電路可包括將參考電壓(vss)提供到p阱512的拾取環(huán)520。

某些實(shí)施例涉及包括形成于n-摻雜指狀件514與p摻雜區(qū)域518和p摻雜區(qū)域512之間的(多個(gè))嵌入式二極管的scr電路。例如，p摻雜區(qū)域518可被配置成為通過(guò)ic芯片的互連/布線層連接到節(jié)點(diǎn)a的一個(gè)或多個(gè)指狀件。該二極管可在scr的雙極晶體管被完全啟用之前在節(jié)點(diǎn)a和vss之間提供傳導(dǎo)路徑。如本文中所討論的，有源防護(hù)區(qū)域516的使用可延遲scr的啟用，在此時(shí)間期間，(多個(gè))嵌入式二極管可對(duì)esd電流進(jìn)行分流。

有源防護(hù)區(qū)域516被示出為位于n阱510的單側(cè)上。在各種實(shí)施例中，有源防護(hù)區(qū)域516可圍繞n阱510以形成有源防護(hù)環(huán)。類似地，區(qū)域514、區(qū)域518和區(qū)域520可圍繞有源防護(hù)區(qū)域516。

圖6為根據(jù)本公開的實(shí)施例包括用于提供esd保護(hù)的scr電路的設(shè)備的自頂向下視圖。根據(jù)本文中討論的各種實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，rc觸發(fā)電路系統(tǒng)602可位于scr電路區(qū)域的外部，并且驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)a和節(jié)點(diǎn)b。該自頂向下視圖通常對(duì)應(yīng)于來(lái)自圖5的類似編號(hào)的部件。為了簡(jiǎn)潔起見，將不重復(fù)這些部件及其相應(yīng)功能的對(duì)應(yīng)的討論。

根據(jù)某些實(shí)施例，所描繪的區(qū)域可布置成同心形狀，使得每個(gè)區(qū)域圍繞之前的區(qū)域。例如，具有n阱的部件可具有被區(qū)域524圍繞的矩形形狀。區(qū)域524可被agr區(qū)域516圍繞，等等。

圖7為根據(jù)本公開的實(shí)施例具有agr的esd保護(hù)電路系統(tǒng)的dc掃描的曲線圖。圖7的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示出與圖2的電路配置和圖5的布局一致的esd保護(hù)電路系統(tǒng)的dc電壓掃描。該曲線圖示出具有施加到受保護(hù)節(jié)點(diǎn)的不同dc電壓的esd保護(hù)電路系統(tǒng)的電流汲取。對(duì)于測(cè)量中的每個(gè)測(cè)量，測(cè)試將最大電流限制到1ua。dc電壓掃描示出在5v處由esd保護(hù)電路汲取極少電流(大約10^-10a)。這證實(shí)泄漏電流足夠低至至少5v以被用于許多應(yīng)用中。

圖8為根據(jù)本公開的實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)性傳輸線脈沖(tlp)測(cè)試結(jié)果的曲線圖。線802示出無(wú)防護(hù)環(huán)的rc觸發(fā)scr(rcscr)的tlp測(cè)試結(jié)果。線804示出來(lái)自根據(jù)本文中的各種實(shí)施例包括防護(hù)環(huán)的rcscr的tlp測(cè)試結(jié)果。對(duì)于具有防護(hù)環(huán)的rcscr，觸發(fā)電壓(vt)較高，如由為比位置810更高電壓的位置812所示。而且，驟回保持電壓(vh)也較高，如由相對(duì)于位置806由位置808所示的更高的電壓所示。在所描繪的例子中，相對(duì)于無(wú)防護(hù)環(huán)的rcscr的低于2v的驟回保持電壓，具有防護(hù)環(huán)的rcsrc的驟回保持電壓高于3v。

根據(jù)本公開的實(shí)施例，esd設(shè)計(jì)窗口可限定用于esd保護(hù)電路的可接受的操作參數(shù)。更具體地，esd設(shè)計(jì)窗口可以被設(shè)定為使得esd保護(hù)電路在受保護(hù)器件被永久損壞的電壓(器件的故障電壓)以下的電壓(觸發(fā)電壓)處被激活。esd設(shè)計(jì)窗口也可以被設(shè)定為通過(guò)確保esd保護(hù)電路的驟回保持電壓高于受保護(hù)器件的操作電壓來(lái)避免閂鎖狀況。例如，如果esd保護(hù)電路可在3v的電壓域中操作，則esd設(shè)計(jì)窗口可指定高于3v的驟回保持電壓。如果受保護(hù)器件在高于7v的情況下遇到故障，則觸發(fā)電壓應(yīng)低于7v。驟回保持電壓高于操作電壓的量可以增大以提供容限(例如，為了解釋由處理變化所引起的輕微差異)。相對(duì)于器件故障電壓可以實(shí)施觸發(fā)電壓的類似容限。于是，由于降低的驟回保持電壓，所以對(duì)于超出2v的電壓，無(wú)防護(hù)環(huán)的rcscr經(jīng)受閂鎖狀況。這通常意味著rcscr將不適用于受保護(hù)節(jié)點(diǎn)的電壓域超過(guò)2v的應(yīng)用。具有防護(hù)環(huán)的rcscr可使用在3v處或稍微較高的電壓域的情況下進(jìn)行操作，而不會(huì)遇到閂鎖問(wèn)題。

在相應(yīng)的tlp線中的最后一個(gè)點(diǎn)示出器件故障點(diǎn)(it2)。如圖所示，線804具有更高的it2值。最右側(cè)的曲線圖示出具有(816)和不具有(814)防護(hù)環(huán)的rcscr的泄漏電流。這表明具有防護(hù)環(huán)的rcscr的導(dǎo)通電阻(ron)比不具有防護(hù)環(huán)的rcscr的導(dǎo)通電阻低。

圖9為根據(jù)本公開的實(shí)施例用于使用具有防護(hù)區(qū)域的rcscr電路提供esd保護(hù)的流程圖。rcscr電路可根據(jù)本文中討論的各種實(shí)施例。按照方框902，在不存在esd事件和對(duì)應(yīng)的esd電壓的情況下，rcsrc電路可正常地操作。在正常操作期間，rcsrc電路被設(shè)計(jì)成(例如，通過(guò)具有低泄漏電流)對(duì)受保護(hù)免受esd事件的節(jié)點(diǎn)具有極小的影響。

當(dāng)按照方框904接收到esd事件時(shí)，rc觸發(fā)電路開始按照方框906充電。根據(jù)本文中討論的，rc觸發(fā)電路的rc部分連接到邏輯電路系統(tǒng)，邏輯電路系統(tǒng)被配置成響應(yīng)于rc電路的電壓驅(qū)動(dòng)scr電路。scr電路被驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)被稱作觸發(fā)點(diǎn)，如判定方框908所示。按照方框910，一旦已經(jīng)超出觸發(fā)點(diǎn)，邏輯電路系統(tǒng)就可生成驅(qū)動(dòng)scr電路的雙極晶體管的啟用信號(hào)。

根據(jù)本公開的各種實(shí)施例，防護(hù)區(qū)域(或防護(hù)環(huán))可以被設(shè)計(jì)成阻礙電流，以便按照方框912延遲第二雙極晶體管的啟用。按照方框914，在延遲時(shí)間期間，可以通過(guò)一個(gè)或多個(gè)嵌入式二極管路徑對(duì)esd電流進(jìn)行分流。這些路徑的例子關(guān)于圖4和對(duì)應(yīng)的嵌入式二極管進(jìn)行討論。然后，可按照方框916完全啟用scr電路，使得按照方框918對(duì)esd電流進(jìn)行分流。按照方框920，scr電路可繼續(xù)對(duì)esd電流進(jìn)行分流直到esd電壓降低到驟回保持電壓以下。

圖10為根據(jù)本公開的實(shí)施例包括esd保護(hù)電路系統(tǒng)的系統(tǒng)的電路圖。該電路圖通常對(duì)應(yīng)于與來(lái)自圖1的類似編號(hào)的部件一致實(shí)施例。為了簡(jiǎn)潔起見，將不重復(fù)這些部件及其相應(yīng)功能的對(duì)應(yīng)的討論。此外，圖10示出可用于為輸出焊盤1004提供esd保護(hù)的第二esd保護(hù)電路1002。輸出焊盤1004可被驅(qū)動(dòng)器電路104驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器電路104響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)控制電路102。在特定實(shí)施例中，vdd為大約3v，這與由圖7和圖8所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，用于esd保護(hù)電路的具體設(shè)計(jì)窗口可通過(guò)改變esd保護(hù)電路的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)仍然使用本文中討論的防護(hù)區(qū)域和其它方面。

第二esd保護(hù)電路1002也是可包括防護(hù)區(qū)域的scr器件。第二esd保護(hù)電路1002被示出為共享rc電路系統(tǒng)108。在vdd和vss接通情況下的正常操作下，esd保護(hù)電路1002和esd保護(hù)電路110二者依然非激活。響應(yīng)于esd事件(例如，從焊盤到vss的正esd電壓)，esd電流傳導(dǎo)通過(guò)在晶體管104中的pmos的寄生正向二極管。這對(duì)在vdd軌之間的電容器充電，并且激活rc電路系統(tǒng)108，使得其驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)a和節(jié)點(diǎn)b。因此，有兩個(gè)激活的esd分流路徑。第一路徑通過(guò)esd保護(hù)電路1002，直接從焊盤到vss。第二路徑通過(guò)在104中的pmos的寄生二極管，并且然后通過(guò)esd保護(hù)電路110。

用于本說(shuō)明書中的各種術(shù)語(yǔ)應(yīng)被賦予它們?cè)诒绢I(lǐng)域中普通平常的含義，除非另外指明。作為例子，本說(shuō)明書借助于電路或電路系統(tǒng)描述和/或示出了對(duì)實(shí)施各種實(shí)施例有用的方面。在一些情況下，可使用例如方框、模塊、器件、系統(tǒng)、單元、控制器或引擎描述和示出電路系統(tǒng)的配置。此類電路或電路系統(tǒng)可關(guān)于它們?nèi)绾卧谝黄鹗褂靡约叭绾闻c其它元件一起使用進(jìn)行討論，以便相對(duì)于它們的相關(guān)結(jié)構(gòu)、步驟、功能或操作描述某些實(shí)施例。例如，在上面討論的實(shí)施例的某些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)模塊為被配置和布置成用于實(shí)施這些操作/活動(dòng)的分立邏輯電路或可編程邏輯電路，如可根據(jù)圖式中所示的方法完成的。在某些實(shí)施例中，各種模塊可以使用一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)處理電路和存儲(chǔ)器電路系統(tǒng)實(shí)施。存儲(chǔ)器電路系統(tǒng)可存儲(chǔ)和訪問(wèn)一組(或多組)指令(和/或用作配置數(shù)據(jù)以限定如何實(shí)行計(jì)算機(jī)處理電路)，這可以被執(zhí)行以便實(shí)施如本公開所描述的算法或過(guò)程。

基于上面的討論和說(shuō)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于認(rèn)識(shí)到可以對(duì)各種實(shí)施例作出各種修改和改變而無(wú)需嚴(yán)格地遵循在本文中示出和描述的示例性實(shí)施例和應(yīng)用。例如，如圖式中例示的方法可涉及以各種次序完成的步驟(其中保留本文實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)方面)，或者可涉及較少或較多步驟。此類修改并不脫離包括在權(quán)利要求書中闡述的方面的本公開的各方面的真實(shí)精神和范圍。