靜電放電保護(hù)電路及半導(dǎo)體元件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明實(shí)施例有關(guān)于半導(dǎo)體技術(shù)，且特別是關(guān)于應(yīng)用于半導(dǎo)體裝置內(nèi)的一種靜電放電保護(hù)電路及半導(dǎo)體元件。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)累積在物體表面的過(guò)量電荷發(fā)現(xiàn)有路徑可到達(dá)具有不同電位的物體(例如接地端)時(shí)，突然以及瞬間的電流的流動(dòng)即為靜電放電。當(dāng)靜電電荷移動(dòng)到集成電路(integrated circuit, IC)內(nèi)，成為損害或是破壞柵極氧化物、金屬化(metalizat1n)以及接面(junct1n)的電流。靜電放電可發(fā)生在當(dāng)帶電體接觸到集成電路、帶電集成電路接觸到接地表面，或是帶電機(jī)器接觸到集成電路時(shí)。
[0003]在半導(dǎo)體元件的搬運(yùn)(handling)期間，靜電放電是常發(fā)生的現(xiàn)象。靜電電荷可累積在半導(dǎo)體集成電路元件中，并可能在半導(dǎo)體集成電路元件內(nèi)引起破壞性的作用。靜電放電壓力(stress)可能發(fā)生在集成電路制造的測(cè)試階段、集成電路的裝置被放置在電路板上時(shí)，以及安裝集成電路在內(nèi)的設(shè)備的使用期間。靜電放電對(duì)電子裝置中集成電路的損害可能會(huì)部分地或是有時(shí)會(huì)完全地停止集成電路的操作。
[0004]對(duì)集成電路的制造而言，隨著技術(shù)的發(fā)展，靜電放電的保護(hù)能力變得越來(lái)越重要。當(dāng)半導(dǎo)體工藝技術(shù)進(jìn)步到例如深亞微米(deep submicron)領(lǐng)域時(shí),所產(chǎn)生的按比例縮小且包括較淺接面(shallower junct1n)深度以及薄柵極氧化層的半導(dǎo)體元件對(duì)靜電放電壓力具有較少的容忍性。因此，在集成電路的輸入/輸出接合墊(1/0 pad)必須提供靜電放電保護(hù)電路以避免來(lái)自靜電放電壓力的損害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實(shí)施例提供一種靜電放電保護(hù)電路，包括:一濾波電路，其包括:一電容裝置，其中該電容裝置的一第一端耦接至具有一第一電壓的一第一軌線，且電容裝置的一第二端耦接至一第一節(jié)點(diǎn)；以及一第一電阻，其中第一電阻的一第一端耦接至第一節(jié)點(diǎn)，且第一電阻的一第二端耦接至具有一第二電壓的一第二軌線，其中第一電壓大于第二電壓；一靜電放電保護(hù)元件，包括:一第一 N型場(chǎng)效晶體管，其具有一柵極、一漏極及一源極，漏極耦接至該第一軌線，且源極耦接至第二軌線，柵極接收一第三電壓以開(kāi)啟第一 N型場(chǎng)效晶體管；以及一觸發(fā)電路，耦接于濾波電路與靜電放電保護(hù)元件之間。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種半導(dǎo)體元件，包括:一高通濾波電路，用以提供一第一電壓；一靜電放電保護(hù)元件；以及一觸發(fā)電路，耦接于該高通濾波電路以及該靜電放電保護(hù)元件之間，其中當(dāng)正電荷所引發(fā)的一靜電放電事件發(fā)生于一第一軌線時(shí)，該觸發(fā)電路用以提供該靜電放電保護(hù)元件小于該第一電壓的一第二電壓，借以讓該正電荷通過(guò)該靜電放電保護(hù)元件導(dǎo)至一第二軌線。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1顯示一靜電放電保護(hù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單示意圖。
[0008]圖2A顯示使用柵極接地N型場(chǎng)效晶體管的靜電放電保護(hù)電路210的電路圖。
[0009]圖2B顯示使用柵極電阻接地N型場(chǎng)效晶體管的靜電放電保護(hù)電路220的電路圖。
[0010]圖2C顯示使用RC反相器的N型場(chǎng)效晶體管的靜電放電保護(hù)電路230的電路圖。
[0011]圖3顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的靜電放電保護(hù)電路300的功能方塊圖。
[0012]圖4A顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的靜電放電保護(hù)電路300的電路圖。
[0013]圖4B顯示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的靜電放電保護(hù)電路300的電路圖。
[0014]圖5顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例中的濾波電路310的增益圖。
[0015]圖6A?圖6B顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例中的靜電放電保護(hù)電路300的頻率響應(yīng)圖。
[0016]圖7A?圖7B顯示圖2C中的靜電放電保護(hù)電路230的頻率響應(yīng)圖。
[0017]主要元件符號(hào)說(shuō)明
[0018]100?靜電放電保護(hù)系統(tǒng)；
[0019]101?第一端點(diǎn)；
[0020]102?靜電放電保護(hù)電路；
[0021]105 ?電阻；
[0022]106?第二端點(diǎn)；
[0023]108?內(nèi)部電路；
[0024]210、220、230、300?靜電放電保護(hù)電路；
[0025]310?濾波電路；
[0026]320?觸發(fā)電路；
[0027]330?靜電放電保護(hù)元件；
[0028]VDD、VSS ?電壓；
[0029]Mn、M21、M31、M32、M33、M40、M41、M42 ?場(chǎng)效晶體管；
[0030]N31、N32、A、B ?節(jié)點(diǎn)；
[0031]R21、R31、R32、R41、R42 ?電阻；
[0032]C31、C41 ?電容；
[0033]600 — 640、700 — 740 ?波形。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一些實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下。
[0035]圖1顯示一靜電放電保護(hù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單示意圖。靜電放電保護(hù)系統(tǒng)100主要包括一第一端點(diǎn)101、一靜電放電保護(hù)電路102、一第二端點(diǎn)106及一內(nèi)部電路108。第一端點(diǎn)101可以f禹接輸入/輸出端(Input/Output Pad)或是電源供應(yīng)(Vdd)端。第二端點(diǎn)106可率禹接低位準(zhǔn)電源(VSS)供應(yīng)端(例如:接地(GND)端)。從靜電放電(ElectrostaticDischarge,ESD)事件(例如:靜電放電突波)發(fā)生于第一端點(diǎn)101起,稱接于第一端點(diǎn)101以及第二端點(diǎn)106之間的靜電放電保護(hù)電路102可用以保護(hù)內(nèi)部電路108。靜電放電保護(hù)電路102可為主要的靜電放電保護(hù)裝置，借由限制電壓以及允許靜電放電的高電流被安全地放電至第二端點(diǎn)106，靜電放電保護(hù)電路102可防護(hù)在第一端點(diǎn)101上的靜電放電突波。
[0036]舉例來(lái)說(shuō)，靜電放電保護(hù)電路102可包括以串聯(lián)方式連接的一個(gè)或多個(gè)二極管的二極管串(d1de chain)、具有柵極端、源極端以及漏極端的柵極接地N型金氧半導(dǎo)體晶體管(grounded-gate NM0S，GGNM0S，如圖2A所示)、或是如圖2B、圖2C所示的電路。位于第一端點(diǎn)101以及第二端點(diǎn)106之間的保護(hù)電路可耦接至以及并聯(lián)于受保護(hù)的元件或是內(nèi)部電路108。在靜電放電電流損害受保護(hù)的內(nèi)部電路108之前，靜電放電保護(hù)電路102可被設(shè)計(jì)成能先被觸發(fā)。在其他實(shí)施例中，可使用電阻105來(lái)進(jìn)一步限制電流流至內(nèi)部電路108,以作為額外的保護(hù)。
[0037]圖2A顯示使用柵極接地N型場(chǎng)效晶體管(Grounded-gate NMOS, GGNM0S)的靜電放電保護(hù)電路210的電路圖。圖2B顯示使用柵極電阻接地N型場(chǎng)效晶體管(GRNMOS)的靜電放電保護(hù)電路220的電路圖。圖2C顯示使用RC反相器的N型場(chǎng)效晶體管的靜電放電保護(hù)電路230的電路圖。
[0038]請(qǐng)參考圖1及圖2A，當(dāng)一靜電放電事件發(fā)生在第一端點(diǎn)101上，會(huì)引發(fā)靜電放電保護(hù)電路210的N型場(chǎng)效晶體管M11的漏極形成一雙極結(jié)型晶體管(Bipolar Junct1nTransistor,BJT)的集極,而N型場(chǎng)效晶體管M11的源極則成為雙極結(jié)型BJT的射極,N型場(chǎng)效晶體管M11的基體則成為雙極結(jié)型BJT的基極。因此，當(dāng)靜電放電事件發(fā)生在第一端點(diǎn)101上時(shí)，會(huì)使得雙極結(jié)型BJT的集極一基極接面成為反向偏壓而到達(dá)累增擊穿(avalanchebreakdown)點(diǎn)。此時(shí)，由基極流至接地端的正向電流會(huì)在基體中的一雙極結(jié)型電阻中產(chǎn)生一電壓差，進(jìn)而導(dǎo)致在基極一射極的接面上出現(xiàn)一正向偏壓Vbe，進(jìn)而導(dǎo)通該雙極結(jié)型BJT (意即導(dǎo)通N型場(chǎng)效晶體管M11)，借以將靜電放電電流導(dǎo)至接地端。
[0039]在圖2B中，靜電放電保護(hù)電路220的N型場(chǎng)效晶體管M21的柵極增加了接地的電阻R21，其中電阻R21可用以存儲(chǔ)電荷，進(jìn)而在當(dāng)有靜電放電事件發(fā)生時(shí)，可讓N型場(chǎng)效晶體管M21進(jìn)入微微導(dǎo)通的狀態(tài)，借以將靜電放電電流更快地導(dǎo)至接地端。在圖2A及圖2B中的靜電放電保護(hù)電路均是被動(dòng)式的電路，僅被動(dòng)地由靜電放電事件所觸發(fā)。本領(lǐng)域具通常知識(shí)者能了解前述被動(dòng)式電路的定義，在此不再詳述。
[0040]在圖2C中所示的靜電放電保護(hù)電路230則為一主動(dòng)式的保護(hù)電路，其可利用一額外的機(jī)制檢測(cè)靜電放電事件，并可達(dá)到更快速的反應(yīng)時(shí)間以將靜電放電電流導(dǎo)入接地端。更進(jìn)一步