[发明专利]ESD保护装置

说明书

技术领域

本公开内容通常涉及静电放电(ESD)保护，并且更具体地涉及静电放电(ESD)保护装置。

背景技术

ESD保护装置用来保护多种集成电路和系统。系统级ESD保护装置特别设计用于在不妨碍正常操作模式(即，非ESD条件下的操作并处于工作电压/电流范围内)的情况下提供对ESD脉冲的保护。ESD保护装置具有通常与ESD保护装置上的阈值电压降相关的钳位电压，该保护装置在该钳位电压处导通以通过/分流电流。例如，该阈值电压可以作为ESD事件开始时的ESD脉冲的第一峰值出现。在多种应用中，在20～30ns左右达到ESD事件的最大电压。

发明内容

在多个实施方案和应用中举例说明了本发明，这些实施方案和应用中的一些总结如下。

根据多种示例性实施方式，一种ESD保护装置为系统提供了ESD脉冲保护。该ESD装置包括具有交替导电类型的多个相邻半导体区域，包括在其间形成第一P-N结的第一区域和第二区域、与第二区域一起形成P-N结的第三区域、与第三区域一起形成P-N结的第四区域、以及与第四区域一起形成P-N结的第五区域。第一触点连接至第一区域，第二触点连接至第五区域。电阻器连接在第三区域和第五区域之间。电阻器与第一、第二、第三和第五区域形成第一电流路径，第一电流路径配置用于响应于超过由第一、第二和第三区域形成的第一晶体管的击穿阈值的电压，使电流经由第一区域和第五区域在第一触点和第二触点之间流动。第一、第二、第三、第四和第五区域形成第二电流路径，第二电流路径配置用于响应于流过电阻器的电流超过由第三、第四和第五区域形成的第二晶体管上的电压达到第二晶体管的击穿电压时的阈值，使电流经由第一区域和第五区域在第一触点和第二触点之间流动。

另一种示例性实施方式涉及一种ESD装置，包括双极晶体管和闸流管，配置用于响应于ESD事件流出电流。该双极晶体管包括发射极、集电极和基极，并且所述发射极连接至第一外部触点。闸流管包括交替P-型和N-型半导体材料的四个区域，包括连接至双极晶体管的基极的第一端部区域，第一端部区域和双极晶体管的基极由相同类型的半导体材料形成。闸流管的第一中间区域与第一端部区域形成P-N结，并连接至双极晶体管的集电极。第二区域和双极晶体管的集电极由相同类型的半导体材料形成。闸流管的第二中间区域与第一中间区域形成P-N结，并由与第一端部区域相同类型的半导体材料形成。闸流管的第二端部区域与第二中间区域形成P-N结并连接至第二外部触点。第二端部区域由与第一中间区域相同类型的材料形成。电阻器连接至双极晶体管的集电极、闸流管的第一中间区域和闸流管的第二端部区域。

本公开内容的多种实施方式涉及用于在第一触点和第二触点之间分流电流的方法。该方法用在具有交替导电类型的多个相邻半导体区域的静电放电(ESD)电路上。所述多个相邻半导体区域包括在其间形成第一P-N结的第一区域和第二区域、与第二区域形成P-N结的第三区域、与第三区域形成P-N结的第四区域、以及与第四区域形成P-N结的第五区域。电阻器连接在第三区域和第五区域之间。第一区域连接至易受ESD脉冲影响的第一触点，第五区域连接至第二触点。该方法如下。响应于第一触点处的在由第一、第二和第三区域形成的第一晶体管上引起电压降的电压超过第一晶体管的阈值电压，电流通过第一触点和第二触点之间的电流路径流动。第一电流路径包括所述第一晶体管、所述电阻器和第五区域。响应于流过第一电流路径中的电阻器的超过阈值的电流，在所述阈值处电阻器两端的电压已经相应地由第三、第四和第五区域形成的第二晶体管两端的电压达到第二晶体管的击穿电压，电流通过第一触点和第二触点之间的第二电流路径流动。第二电流路径包括第一、第二、第三、第四和第五区域。

在多种实施方式中，ESD保护装置配置具有两个击穿电压。在第一击穿电压处，电流通过第一电流路径从ESD保护装置的发射极流向集电极，所述第一电流路径包括与电阻器串联的晶体管。当电阻器上的电压降随着电流增加而增加至第二击穿电压时，该装置的具有第二击穿电压的第二部分断开第二电流路径。

上述讨论不是要描述本公开内容的每一种实施方式或每一种实施方案。接下来的附图和详细描述更具体地举例说明多种实施方式。

附图说明

考虑结合附图的本发明的多种实施方式的以下详细描述，将可以更完全地理解本发明，在附图中：

图1示出了根据本公开内容的实施方式的ESD保护装置的示意性图示；

图2示出了根据本公开内容的实施方式的ESD保护装置的垂直实施方案；