高壓可承受電源鉗位的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例涉及電子系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及瞬態(tài)電事件保護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]某些電子系統(tǒng)可能被暴露于瞬態(tài)電事件，或持續(xù)時(shí)間短的、具有快速變化的電壓和高功率的電信號(hào)。瞬態(tài)電事件可包括，例如，朝電子系統(tǒng)的、從一個(gè)物體或人的突然釋放電荷所產(chǎn)生的靜電放電(ESD)事件。
[0003]由于過(guò)電壓條件與集成電路(ICs)相對(duì)小的區(qū)域內(nèi)的高功耗，瞬態(tài)電事件能夠破壞集成電路(ICs)。瞬態(tài)電事件可以提高集成電路的溫度，并且可導(dǎo)致許多問(wèn)題，如柵極氧化物擊穿、結(jié)損傷、金屬損害、和表面電荷累積。瞬態(tài)電事件在多種應(yīng)用中將成為問(wèn)題，包括，例如，在高性能的射頻(RF)電路應(yīng)用中。因此，有必要對(duì)電子系統(tǒng)中的集成電路提供免受瞬態(tài)電事件的保護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本系統(tǒng)、方法、和本發(fā)明的設(shè)備各自具有若干方面，其中沒(méi)有單一的方面是單獨(dú)地負(fù)責(zé)其期望的特質(zhì)。在不限制如下面的權(quán)利要求所描述的本發(fā)明范圍，一些特征現(xiàn)將被簡(jiǎn)要地討論。在考慮這一論述后，尤其是在閱讀標(biāo)題為“【具體實(shí)施方式】”之后，人們將理解本發(fā)明的特征是如何提供優(yōu)勢(shì)，包括提高集成電路對(duì)瞬態(tài)電事件的保護(hù)，例如，但不限于，靜電放電。
[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，公開(kāi)了一種裝置。該裝置包括被配置至少基于在第一節(jié)點(diǎn)的瞬態(tài)電應(yīng)力事件，生成檢測(cè)信號(hào)的檢測(cè)電路。該裝置還包括集成電路的第一和第二驅(qū)動(dòng)器電路。第一和第二驅(qū)動(dòng)器電路被配置成接收檢測(cè)信號(hào)。第一和第二驅(qū)動(dòng)器電路各自包括一個(gè)或多個(gè)，被配置為至少基于檢測(cè)信號(hào)以激活的雙極結(jié)型晶體管。至少當(dāng)各自的驅(qū)動(dòng)器電路的一個(gè)或多個(gè)雙極結(jié)型晶體管被激活時(shí)，第一和第二驅(qū)動(dòng)器電路被配置生成激活信號(hào)。第一和第二驅(qū)動(dòng)器電路的一個(gè)或多個(gè)雙極結(jié)型晶體管被配置為基本上橫向地穿過(guò)各自的基極區(qū)傳導(dǎo)電流。該裝置還包括被配置為接收第一和第二驅(qū)動(dòng)器電路的激活信號(hào)的放電電路。放電電路包括被配置為至少基于第一驅(qū)動(dòng)器電路的激活信號(hào)以激活的第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管。放電電路還包括與第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管串聯(lián)的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管。第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管被配置為至少基于第二驅(qū)動(dòng)器電路的激活信號(hào)以激活。當(dāng)被激活處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管被配置為在第一節(jié)點(diǎn)和第二節(jié)點(diǎn)之間傳導(dǎo)瞬態(tài)電應(yīng)力事件的電流。
[0006]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種提供瞬態(tài)電保護(hù)的電實(shí)現(xiàn)的方法被公開(kāi)。該方法包括生成響應(yīng)在第一節(jié)點(diǎn)瞬態(tài)電應(yīng)力事件的檢測(cè)信號(hào)。該方法還包括分別使用第一和第二驅(qū)動(dòng)器電路，至少基于檢測(cè)信號(hào)，生成第一和第二激活信號(hào)，集成電路的第一和第二驅(qū)動(dòng)器電路各自包括一個(gè)或多個(gè)，被配置為至少基于檢測(cè)信號(hào)以激活的雙極結(jié)型晶體管，其中，至少當(dāng)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器電路的一個(gè)或多個(gè)雙極結(jié)型晶體管被激活處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，第一和第二驅(qū)動(dòng)器電路被配置成分別生成第一激活信號(hào)和第二激活信號(hào)，其中，第一和第二驅(qū)動(dòng)器電路的一個(gè)或多個(gè)雙極結(jié)型晶體管被配置為基本上橫向地穿過(guò)各自的基極區(qū)傳導(dǎo)電流。該方法還包括放電瞬態(tài)電應(yīng)力事件。放電包括至少基于第一激活信號(hào)，激活第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，和至少基于第二激活信號(hào)，激活第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管。第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管被串聯(lián)。放電還包括至少基于第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的激活，穿過(guò)互連第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)的放電通道傳導(dǎo)瞬態(tài)電應(yīng)力事件的電流。
[0007]在另一個(gè)實(shí)施例中，一種提供瞬態(tài)電保護(hù)的裝置被公開(kāi)。該裝置包括用于生成與第一節(jié)點(diǎn)的瞬態(tài)電應(yīng)力事件對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)的裝置。該裝置還包括集成電路。集成電路包括至少基于檢測(cè)信號(hào)，用于生成第一激活信號(hào)的裝置。第一激活信號(hào)發(fā)生裝置包括至少基于檢測(cè)信號(hào)被配置為以激活的一個(gè)或多個(gè)雙極結(jié)型晶體管。第一激活信號(hào)發(fā)生裝置被配置為至少當(dāng)?shù)谝患せ钚盘?hào)發(fā)生裝置的一個(gè)或多個(gè)雙極結(jié)型晶體管被激活處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，生成第一激活信號(hào)。第一激活信號(hào)發(fā)生裝置的一個(gè)或多個(gè)雙極結(jié)型晶體管被配置為基本上橫向地穿過(guò)各自的基極區(qū)傳導(dǎo)電流。集成電路還包括至少基于檢測(cè)信號(hào)，用于生成的第二激活信號(hào)的裝置。第二激活信號(hào)發(fā)生裝置包括至少基于檢測(cè)信號(hào)，被配置激活的一個(gè)或多個(gè)雙極結(jié)型晶體管。第二激活信號(hào)發(fā)生裝置被配置成至少當(dāng)?shù)诙せ钚盘?hào)發(fā)生裝置的一個(gè)或多個(gè)雙極結(jié)型晶體管被激活時(shí)，生成第二激活信號(hào)。第二激活信號(hào)發(fā)生裝置的一個(gè)或多個(gè)雙極結(jié)型晶體管被配置為基本上橫向地穿過(guò)各自的基極區(qū)傳導(dǎo)電流。集成電路還包括用于放電瞬態(tài)電應(yīng)力的裝置，至少基于第一激活信號(hào)用于激活第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管，至少基于第二激活信號(hào)用于激活與第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管串聯(lián)的第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管，和至少基于第一和第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管的激活，穿過(guò)互連第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)的放電通道用于傳送瞬態(tài)電應(yīng)力事件的電流的裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0008]這些圖(不按比例)和本文中相關(guān)的描述被提供以說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不旨在進(jìn)行限制。
[0009]圖1是電子系統(tǒng)的示意性框圖，根據(jù)一些實(shí)施例，它可以包括一個(gè)或多個(gè)電子保護(hù)電路。
[0010]圖2是示出了圖1中電子保護(hù)電路的實(shí)施例的示意性框圖。
[0011 ] 圖3是示出了檢測(cè)級(jí)的示例實(shí)施例中圖2的電子保護(hù)電路的示意圖。
[0012]圖4是示出了圖2的保護(hù)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器級(jí)的實(shí)施例的電路圖。
[0013]圖5是示出了圖2中的保護(hù)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器級(jí)的另一個(gè)實(shí)施例的電路圖。
[0014]圖6A和6B是示出了可以被包括在圖2的上部和下部驅(qū)動(dòng)器電路的雙極結(jié)型晶體管的實(shí)施例的橫截面的示意圖。
[0015]圖7是示出了放電級(jí)和偏壓/過(guò)電壓保護(hù)電路的示例實(shí)施例的圖2中的電子保護(hù)電路的不意圖。
[0016]圖8是瞬態(tài)電事件與電子保護(hù)電路的示例的SPICE仿真的一組曲線圖。
[0017]圖9是顯示電子保護(hù)電路的示例的直流特性的SPICE仿真的一組曲線圖900。
[0018]圖10是顯示電子保護(hù)電路的示例的直流特性的SPICE仿真的一組曲線圖1000。
[0019]圖11是顯示電子保護(hù)電路的兩個(gè)例子的直流特性的SPICE仿真的曲線圖1100。
[0020]圖12是電子保護(hù)電路的示例的瞬時(shí)斜升特性的SPICE仿真的一組曲線圖1200。
[0021]圖13是瞬態(tài)電事件和電子保護(hù)電路的示例的SPICE仿真的一組曲線圖1300。
[0022]圖14是提供瞬態(tài)電保護(hù)的方法的流程圖。
[0023]圖15是放電瞬態(tài)電應(yīng)力事件的子流程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]某些實(shí)施例的下列詳細(xì)描述呈現(xiàn)了本發(fā)明的具體實(shí)施例的各種描述。然而，本發(fā)明可以以權(quán)利要求書(shū)所定義與涵蓋的多種不同方式予以體現(xiàn)。在此描述中，參考附圖，其中類似的附圖標(biāo)記表示相同或功能相似的元件。
[0025]瞬態(tài)電壓力事件(“瞬態(tài)電事件”)一包括瞬態(tài)過(guò)壓、過(guò)流、靜電放電等類似事件一能夠損壞或破壞電子設(shè)備。例如，集成電路可以包括一個(gè)或多個(gè)墊片、銷、端口和類似的電氣連接(這里統(tǒng)稱稱為“銷”)，可以提供集成電路的內(nèi)部核心電路和/或外部的電路或設(shè)備之間的電氣連接(例如，印刷電路板、電源和基準(zhǔn)電壓)。因此，這些連接可能被暴露于瞬態(tài)電事件并且在集成電路內(nèi)，為瞬態(tài)電事件提供電通道。作為一個(gè)結(jié)果，集成電路和/或核心電路容易受到瞬態(tài)電事件的損害。
[0026]這種核心電路的可靠性可以通過(guò)為集成電路的襯墊提供襯墊保護(hù)電路得到改善。本文中的這種襯墊保護(hù)電路也可以一般被稱為“電子保護(hù)電路”(或簡(jiǎn)稱為“保護(hù)電路”或“鉗”)。襯墊保護(hù)電路可以維持一個(gè)或多個(gè)襯墊在預(yù)先確定的安全范圍內(nèi)的電壓電平。例如，當(dāng)瞬態(tài)電事件被檢測(cè)時(shí)，襯墊的保護(hù)電路可以被配置為從提供相對(duì)低的漏電流的相對(duì)高的阻抗?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變到相對(duì)低的阻抗?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)變。在運(yùn)行中，墊保護(hù)電路可以被配置成切換到響應(yīng)檢測(cè)瞬時(shí)電事件的持續(xù)時(shí)間的低阻狀態(tài)。襯墊保護(hù)電路將至少在一段時(shí)間被稱為“應(yīng)力時(shí)間”內(nèi)保持低阻狀態(tài)一例如，電壓力事件能夠?qū)诵碾娐菲茐幕蛴泻Φ臅r(shí)間。
[0027]一些電子設(shè)備，如移動(dòng)應(yīng)用，現(xiàn)在包括使用工作在5V的電源域的向后兼容接口。另外或者替代地，一些電子設(shè)備由，例如，亞65納米互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)集成電路構(gòu)成，集成電路具有工作在3.3伏特(V)過(guò)載特性的核心電路。這樣的電子設(shè)備可以提供高性能的數(shù)據(jù)通信，如高清晰度多媒體接口(HDMI) 2.0 (例如，提供每秒約6G比特(GBPS)的數(shù)據(jù)傳輸速率)和/或移動(dòng)高清鏈路(MHL)。在一個(gè)方面中，這些接口可以提供，例如，高清晰度(HD)的媒體，例如視頻、音頻或數(shù)據(jù)，同時(shí)任選地同時(shí)進(jìn)行充電的連接的設(shè)備。在運(yùn)行中，這些連接，如所述的，可能被暴露于或造成瞬態(tài)電事件，這可以對(duì)集成電路與它的核心電路的穩(wěn)定性與魯棒性產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0028]一些電子保護(hù)電路被配置為在高于電路工作電壓的瞬態(tài)電壓激活，但是在這一過(guò)程中，低于敏感核心電路或設(shè)置的擊穿電壓。這個(gè)保護(hù)機(jī)制不適合于某些集成電路。例如，提供高性能的混合信號(hào)的功能的集成電路可以使核心電路在接近或就在晶體管的擊穿電壓(例如，BV.)工作。在這種情況下，使用結(jié)擊穿觸發(fā)裝置的電子保護(hù)電路可以被配置為在約10%到20%高于電源電壓的電壓觸發(fā)以避免在正常工作期間的觸發(fā)。但依靠直接結(jié)擊穿，保護(hù)可能在核心電路擊穿后被觸發(fā)，這樣破壞了電子保護(hù)電路的效用并且導(dǎo)致故障。這種故障可能會(huì)影響產(chǎn)品的發(fā)布、推遲上市時(shí)間，或?qū)е碌陀谀繕?biāo)ESD評(píng)級(jí)的產(chǎn)品發(fā)布。
[0029]因此，有必要為亞65納米集成電路工藝與/或工作在約3.3V與/或5V電源域的集成電路提供保護(hù)電路。不依賴于直接的結(jié)擊穿以提供電壓鉗位且能夠檢測(cè)瞬態(tài)電事件也需要保護(hù)電路。此外，存在需要改進(jìn)的主動(dòng)控制的保護(hù)電路，其可以被配置為在寬范圍的條件下(例如直流(DC)的工作點(diǎn)、溫度、裝置/工藝變化以及對(duì)類似的工作特性)以受控與持久的方式提供瞬態(tài)電事件的保護(hù)，針對(duì)錯(cuò)誤激活具有增強(qiáng)的穩(wěn)定性和健壯性。此外，還有需要保護(hù)電路，其具有相對(duì)快的激活時(shí)間、相對(duì)低的靜態(tài)功耗、以及為低成本而相對(duì)較小的區(qū)域，例如，高速通信和功率應(yīng)用。
[0030]本文所描述的實(shí)施例的方面涉及用于保護(hù)核心電路免受瞬態(tài)電事件的保護(hù)電路。在一個(gè)方面中，驅(qū)動(dòng)器級(jí)與放電級(jí)被級(jí)聯(lián)以保護(hù)核心電路免受瞬態(tài)電事件。例如，驅(qū)動(dòng)器級(jí)可以包括:用于控制放電級(jí)的第一 MOSFET的第一雙極結(jié)型晶體管(BJT)的驅(qū)動(dòng)器。此外，該驅(qū)動(dòng)器級(jí)可以包括用于控制放電級(jí)的第二 MOSFET第二雙極結(jié)型晶體管的驅(qū)動(dòng)器。在運(yùn)行中，驅(qū)動(dòng)器級(jí)可以接收指示瞬態(tài)電事件的檢測(cè)信號(hào)，放大的檢測(cè)信號(hào)的電流，并生成激活信號(hào)以激活放電級(jí)進(jìn)入低阻抗?fàn)顟B(tài)。
[0031]在實(shí)施例中的一個(gè)方面，級(jí)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)級(jí)和放電級(jí)可以減輕雙極結(jié)型晶體管器件的一些局限性，這些器件在CMOS技術(shù)中是可得的。例如，一個(gè)具體實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器級(jí)和放電級(jí)可以使用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，如亞65納米CMOS。例如，驅(qū)動(dòng)器級(jí)的雙極結(jié)型晶體管器件可以使用亞65納米CMOS工藝的特征定義構(gòu)成。雙極結(jié)型晶體管器件可被布置在亞65納米CMOS工藝的折疊達(dá)林頓結(jié)構(gòu)中以提供電流放大(例如，β倍增)。組合達(dá)林頓結(jié)構(gòu)與放電級(jí)可以在應(yīng)力上有效地用以激活放電級(jí)。
[0032]在一個(gè)具體實(shí)施例中，保護(hù)電路包括用于為放電電路的節(jié)點(diǎn)提供參考電壓的偏置或過(guò)電壓保護(hù)電路。參考電壓可以有效地調(diào)節(jié)放電級(jí)的節(jié)點(diǎn)電壓，并且防止一個(gè)或更多的MOSFET器件在正常操作期間進(jìn)入過(guò)壓狀態(tài)。在另一具體實(shí)例中，保護(hù)電路包括電壓參考電路，當(dāng)驅(qū)動(dòng)級(jí)被激活時(shí)，在放電級(jí)的柵極提供參考電壓。該參考電壓可以有助于延伸驅(qū)動(dòng)器級(jí)保持激活的持續(xù)時(shí)間并且保護(hù)核心電路免受長(zhǎng)時(shí)間過(guò)壓條件。
[0033]電子系統(tǒng)易受瞬態(tài)電事件
[0034]圖1是電子系統(tǒng)100的示意性框圖，根據(jù)一些實(shí)施例，它可以包括一個(gè)或多個(gè)墊或電子保護(hù)電路。被示出的電子系統(tǒng)100包括集成電路102，其包括銷或墊104、106、保護(hù)電路108和核心電路110。核心電路110可以包括端口 112。集成電路102還包括第一節(jié)點(diǎn)N1和第二節(jié)點(diǎn)N2，其可以可操作地耦合到104、106中的一個(gè)或多個(gè)，保護(hù)電路108、核心電路110、或未示出的附加的模塊。雖然墊104、106、保護(hù)電路108和核心電路110被示出為各自被耦合到至少第一或第二結(jié)點(diǎn)K、N2之一，在某些實(shí)施例中，不是所有示出的連接都是必需的。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，集成電路102可以對(duì)應(yīng)于由CMOS工藝制造的集成電路。例如，該集成電路可以通過(guò)完整的CMOS工藝來(lái)制造(與此相反，例如，通過(guò)BiCMOS工藝)。如與圖6A和6B的相關(guān)下列更詳細(xì)描述，電子保護(hù)電路108的某些雙極結(jié)型晶體管器件可以使用CMOS工藝定義來(lái)構(gòu)成。
[0036]集成電路102的墊104、106可以被耦合到核心電路110，并且可以，例如，被用于數(shù)據(jù)通信、控制信令、電源、偏壓，配置和/或類似的。此外，每個(gè)墊104、106可以是，例如，電源焊墊、接地墊、單向墊、和/或雙向墊。例如，墊104可被耦合到電源電壓并且墊106可以被耦合到地，從而穿過(guò)第一和第二結(jié)點(diǎn)K、隊(duì)為電路提供電源。
[0037]核心電路110，可操作地耦接至第一和第二結(jié)點(diǎn)隊(duì)、N2，可以包括一個(gè)或多個(gè)多種功能的電路。作為幾個(gè)非限制性示例，此外，在移動(dòng)和消費(fèi)電子產(chǎn)品中，核心電路110可以與操作或支持?jǐn)?shù)據(jù)通信(例如，HDMI2.0和/或MHL)有關(guān)，同時(shí)分別或同時(shí)充電或供電被連接的設(shè)備。。
[0038]核心電路110可以被暴露于瞬態(tài)電事件114，如ESD事件，其可以引起鎖定或造成損壞。例如，集成電路102的墊104可以接收瞬態(tài)電事件114，它可以沿集成電路102的電氣連接行進(jìn)并且通過(guò)第一結(jié)點(diǎn)N1到達(dá)核心電路110。如果沒(méi)有足夠的保護(hù)機(jī)制，瞬態(tài)電事件114可以產(chǎn)生的過(guò)電壓條件并且導(dǎo)致核心電路110消耗