静电放电保护电路以及输入输出电路的制作方法

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明是有关于一种输入输出电路以及静电放电保护电路，且特别是有关于一种在静电放电测试动作中，可减低电压应力(voltage stress)的输入输出电路以及静电放电保护电路。背景技术：2.在针对输入输出电路进行元件充电模型的静电放电保护动作中，已知技术常通过栅极接地的金属氧化物半导体场效应晶体管来提供静电放电电流的宣泄路径。然而，在静电放电测试的过程中，特别是在负电压模式的测试下，栅极接地的金属氧化物半导体场效应晶体管的漏源极两端常会受到过大的电压应力，而导致栅极接地的金属氧化物半导体场效应晶体管发生损毁的现象。如此一来，集成电路的内部电路无法得到良好的保护，降低电路的可靠度。技术实现要素：3.本发明提供一种静电放电保护电路，可避免执行电流宣泄动作的晶体管因承受过大电压而产生损毁。4.本发明的静电放电保护电路，适用于元件充电模型。静电放电保护电路包括双极性结晶体管。双极性结晶体管具有第一端以耦接至输入缓冲器的输入端以及输出缓冲器的输出端。双极性结晶体管的第二端耦接至第一接地轨线。双极性结晶体管的控制端耦接至第一电源轨线、第二电源轨线、第一接地轨线以及第二接地轨线的其中之一。其中，输入缓冲器通过第一电源轨线以及第一接地轨线分别接收第一操作电源以及第一接地电压。输出缓冲器通过第二电源轨线以及第二接地轨线分别接收第二操作电源以及第二接地电压。5.本发明的输入输出电路包括输入缓冲器、输出缓冲器以及如上所述的静电放电保护电路。6.基于上述，本发明通过在输出缓冲器以及输入缓冲器间连接双极性结晶体管，并依据双极性结晶体管的型态(pnp或npn)，以使双极性结晶体管的控制端(基极)耦接至第一电源轨线、第二电源轨线、第一接地轨线或第二接地轨线。通过双极性结晶体管的特性，在元件充电模型的静电放电状态下，可以使双极性结晶体管的第一端与第二端间(集极与射极)间的电压差可以减低，降低双极性结晶体管所承受电压应力，并降低双极性结晶体管受损的风险。附图说明7.图1绘示本发明一实施例的输入输出电路的示意图。8.图2绘示本发明另一实施例的输入输出电路的示意图。9.图3绘示本发明另一实施例的输入输出电路的示意图。10.图4绘示本发明另一实施例的输入输出电路的示意图。11.图5绘示本发明另一实施例的输入输出电路的示意图。12.图6绘示本发明另一实施例的输入输出电路的示意图。13.图7a以及图7b分别绘示本发明实施例的静电放电保护电路中的电压箝制电路的实施方式的示意图。14.【符号说明】15.100、200、300、400、500、600：输入输出电路16.110、210、310、410、510、610：静电放电保护电路17.111、211、311、411、511、611：电压箝制电路18.120、220、320、420、520、620：输入缓冲器19.130、230、330、430、530、630：输出缓冲器20.d1、d711～d71n、d721～d72m：二极管21.esd_r：电阻22.gl1：第一接地轨线23.gl2：第二接地轨线24.ie：输入端25.mp1、mn1、mp2、mn2：晶体管26.oe：输出端27.pad：焊垫28.pd、pu：控制信号29.pl1：第一电源轨线30.pl2：第二电源轨线31.t1：双极性结晶体管32.vcc：操作电源33.vccq：操作电源34.vss：接地电压35.vssq：接地电压36.wl：传输导线具体实施方式37.请参照图1，图1绘示本发明一实施例的输入输出电路的示意图。输入输出电路100包括静电放电保护电路110、输入缓冲器120以及输出缓冲器130。在本实施例中，输入缓冲器120耦接至第一电源轨线pl1以及第一接地轨线gl1，并分别通过第一电源轨线pl1以及第一接地轨线gl1以接收操作电源vcc以及接地电压vss。输出缓冲器130则耦接至第二电源轨线pl2以及第二接地轨线gl2，并分别通过第二电源轨线pl2以及第二接地轨线gl2以接收操作电源vccq以及接地电压vssq。在本实施例中，输出缓冲器130在静电放电现象发生时，也可做为静电放电保护电路的一部分。38.输入缓冲器120包括晶体管mp1以及mn1。晶体管mp1的第一端耦接至第一电源轨线pl1；晶体管mp1的第二端耦接至晶体管mn1第一端晶体管mp1的控制端形成输入缓冲器120的输入端ie，并耦接至晶体管mn1的控制端。晶体管mn1的第二端则耦接至第一接地轨线gl1。输出缓冲器130包括晶体管mp2以及mn2。晶体管mp2第一端耦接至第二电源轨线pl2；晶体管mp2的第二端耦接至晶体管mn1第一端，并形成输出缓冲器130的输出端oe，其中输出缓冲器130的输出端oe与焊垫pad相连接；晶体管mp2的控制端接收控制信号pu。晶体管mn2的控制端则接收控制信号pd，晶体管mn2的第二端耦接至接地轨线gl2。39.静电放电保护电路110包括双极性结晶体管(bipolar junction transistor，bjt)t1。其中，在本实施例中，双极性结晶体管t1的第一端(集极)耦接至输入缓冲器120的输入端ie，双极性结晶体管t1的第二端(射极)耦接至第一接地轨线gl1，双极性结晶体管t1的控制端(基极)则耦接至第二接地轨线gl2。在此请注意，本实施例中的双极性结晶体管t1为npn晶体管。40.静电放电保护电路110另包括电阻esd_r以及电压箝制电路111。电阻esd_r耦接在输入缓冲器120的输入端ie以及输出缓冲器130的输出端oe间。此外，电压箝制电路111则耦接在第一接地轨线gl1以及第二接地轨线gl2间。41.在针对输入输出电路100执行元件充电模型的静电放电测试动作时，双极性结晶体管t1可被导通，并用以箝制输入缓冲器120的输入端ie上的电压，以保护输入缓冲器120不受破坏。此外，在本实施例中，人体模型(human body model，hbm)的正电压测试模式以及元件充电模型(charged-device model，cdm)的负电压测试模式具有相同的电流流向，另外，人体模型的负电压测试模式以及元件充电模型的正电压测试模式也具有相同的电流流向。因此，本发明实施例中，针对元件充电模型的正电压测试模式以及负电压的测试模式，同样可以分别应用于人体模型的负电压测试模式以及正电压的测试模式。42.进一步针对本实施例进行说明，在元件充电模型的负电压测试模式下，晶体管mn2可被导通，并可由焊垫pad、晶体管mn2、第二接地轨线gl2、电压箝制电路111至第一接地轨线gl1形成一电流宣泄路径。另外，双极性结晶体管t1也被导通，并可由焊垫pad、电阻esd_r、双极性结晶体管t1至第一接地轨线gl1间形成另一电流宣泄路径。值得注意的，由于静电放电电流可由第二接地轨线gl2通过电压箝制电路111流至第一接地轨线gl1，因此第二接地轨线gl2上的接地电压vssq可大于第一接地轨线gl1上的接地电压vss。此时，双极性结晶体管t1的控制端(基极)与第二端(射级)间的p-n结，可限制接地电压vssq与接地电压vss的电压差不至于过大，可有效降低双极性结晶体管t1的第一端与第二端间所承受的电压应力，减低双极性结晶体管t1被损毁的可能性。43.在另一方面，在正电压测试模式下，晶体管mn2可被导通，并可由第一接地轨线gl1、电压箝制电路111、第二接地轨线gl2、晶体管mn2至焊垫pad形成一电流宣泄路径。另外，双极性结晶体管t1也被导通，并可由第一接地轨线gl1、双极性结晶体管t1、电阻esd_r至焊垫pad形成另一电流宣泄路径，以达到静电放电防护的效果。44.附带一提的，在本实施例中，晶体管mp1、mp2为p型金属氧化物半导体场效应晶体管，晶体管mn1、mn2则为n型金属氧化物半导体场效应晶体管。此外，输出缓冲器130中的晶体管mn2的基底(bulk)耦接至第一接地轨线gl1以接收接地电压vss。45.在另一方面，本实施例中，双极性结晶体管t1的控制端也可耦接至第一接地轨线gl1，没有限定必须要耦接至第二接地轨线gl2。46.以下请参照图2，图2绘示本发明另一实施例的输入输出电路的示意图。输入输出电路200包括静电放电保护电路210、输入缓冲器220以及输出缓冲器230。在本实施例中，输入缓冲器220耦接至第一电源轨线pl1以及第一接地轨线gl1，并分别通过第一电源轨线pl1以及第一接地轨线gl1以接收操作电源vcc以及接地电压vss。输出缓冲器130则耦接至第二电源轨线pl2以及第二接地轨线gl2，并分别通过第二电源轨线pl2以及第二接地轨线gl2以接收操作电源vccq以及接地电压vssq。输入缓冲器220由晶体管mp1、mn1所构成，输出缓冲器230则由晶体管mp2、mn2所构成。47.静电放电保护电路210包括双极性结晶体管t1、电阻esd_r以及电压箝制电路211。其中的电路耦接关系与图1的实施例相类似，在此不多赘述。48.与图1实施例不相同的，本发明实施例中，双极性结晶体管t1的第一端与第二端间可形成二极管d1。其中，二极管d1的阳极耦接至第一接地轨线gl1，二极管d1的阴极可耦接至输入缓冲器220的输入端ie。二极管d1可用来在元件充电模型的静电放电测试动作时，正电压测试模式下，加强反向的电流宣泄能力，提升静电放电的防护能力。49.请参照图3，图3绘示本发明另一实施例的输入输出电路的示意图。输入输出电路300包括静电放电保护电路310、输入缓冲器320以及输出缓冲器330。其中输入缓冲器320以及输出缓冲器330与图1、2实施例的输入缓冲器120、220以及输出缓冲器130、230的实施方式相同，在此不多赘述。50.静电放电保护电路310包括电阻esd_r、双极性结晶体管t1以及电压箝制电路311。与前述图1、2实施例不相同的，本实施例的双极性结晶体管t1为pnp型晶体管。其中，双极性结晶体管t1的第一端(射极)耦接至输入缓冲器320的输入端ie，双极性结晶体管t1的第二端(集极)耦接至第一接地轨线gl1，双极性结晶体管t1的控制端(基极)则耦接至第二电源轨线pl2。51.基于在静电放电测试动作中，第二电源轨线pl2上的电压可接近于接地电压vssq，因此在元件充电模型下的负电压测试模式下，双极性结晶体管t1可依据焊垫pad上高于接地电压vssq的电压而被导通，并产生静电放电的电流宣泄路径。52.相类似的，在元件充电模型下的正电压测试模式下，双极性结晶体管t1同样可以被导通，并产生另一静电放电的电流宣泄路径。53.接着请参照图4，图4绘示本发明另一实施例的输入输出电路的示意图。输入输出电路400包括静电放电保护电路410、输入缓冲器420以及输出缓冲器430。其中输入缓冲器420以及输出缓冲器430与图3实施例的输入缓冲器320以及输出缓冲器330的实施方式相同，在此不多赘述。与图3实施例不相同的，本实施例中，在双极性结晶体管t1的两端，另可设置二极管d1。二极管d1的阳极耦接至第一接地轨线gl1，二极管d1的阴极则耦接至输入缓冲器420的输入端ie。二极管d1可用来在元件充电模型的静电放电测试动作时，正电压测试模式下，加强反向的电流宣泄能力，提升静电放电的防护能力。54.请参照图5，图5绘示本发明另一实施例的输入输出电路的示意图。输入输出电路500包括静电放电保护电路510、输入缓冲器520以及输出缓冲器530。对应于图3的实施例，与图3实施例不相同的，本实施例的静电放电保护电路510中的双极性结晶体管t1的控制端耦接至第一电源轨线pl1。基于在静电放电测试动作中，第一电源轨线pl1上的电压可接近于接地电压vss。在这样的组态下，在元件充电模型下的负电压测试模式下，双极性结晶体管t1仍可依据焊垫pad上高于接地电压vssq的电压而被导通，并产生静电放电的电流宣泄路径。55.以下则请参照图6，图6绘示本发明另一实施例的输入输出电路的示意图。输入输出电路600包括静电放电保护电路610、输入缓冲器620以及输出缓冲器630。对应于图5的实施例，与图5实施例不相同的，本实施例中的静电放电保护电路610中，可在双极性结晶体管t1的两端另设置二极管d1。二极管d1的阳极连接至第一接地轨线gl1，二极管d1的阴极则连接至输入缓冲器620的输入端ie。二极管d1可用来在元件充电模型的静电放电测试动作时，正电压测试模式下，加强反向的电流宣泄能力，提升静电放电的防护能力。56.以下请参照图7a以及图7b，图7a以及图7b分别绘示本发明实施例的静电放电保护电路中的电压箝制电路的实施方式的示意图。在图7a中，电压箝制电路710包括多个二极管d711～d71n以及d721～d72m。其中，二极管d711～d71n依据相同的极性方向相互串接，并连接在第一接地轨线gl1以及第二接地轨线gl2间。二极管d711的阳极可直接连接第二接地轨线gl2，二极管d71n的阴极则可直接连接第一接地轨线gl1。另外，二极管d721～d72m依据相同的极性方向相互串接，并连接在第一接地轨线gl1以及第二接地轨线gl2间。二极管d721的阳极可直接连接第一接地轨线gl1，二极管d72m的阴极则可直接连接第二接地轨线gl2。57.在本实施方式中，二极管d711～d71n以及二极管d721～d72m的数量可以相同或不相同。在其他实施方式中，二极管d711～d71n的数量可以是一个，二极管d721～d72m的数量也可以是一个，没有别的限制。58.在图7b中，电压箝制电路720则包括传输导线wl。传输导线wl可提供一阻抗，并利用所提供的阻抗来产生电压箝制的效果。59.综上所述，本发明通过在静电放电保护电路中设置双极性结晶体管，并在静电放电测试动作中，通过导通双极性结晶体管来提供静电放电电流的宣泄路径，达到静电放电防护的效果。此外，本发明的双极性结晶体管在导通时，可通过其基极以及射极间的p-n接口，使双极性结晶体管的集、射极间的电压差可以获得箝制，有效防止双极性结晶体管承受过大的电压应力，降低被损坏的风险。60.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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