專利名稱：集成電路、電子器件及其esd保護的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的領域涉及集成電路、電子器件及其靜電放電(ESD)保護。
背景技術：
在集成電路(IC)設計和制造領域中公知的是為IC封裝提供針對靜電放電(ESD)事件的保護。ESD事件是發(fā)生了可能造成IC組件損壞的有限能量的高電勢。
圖1圖示了用于IC 100的已知集中ESD保護電路110，并且它形成了 IC封裝的集成部分。
IC 100包括功能電路120，提供IC希望的并且需要ESD保護的功能。ESD保護電路110包括內部ESD箝位電路130，它經(jīng)由隔離二極管140耦合到功能電路120。以這種方式，由ESD事件引起的電流經(jīng)過一個或多個隔離二極管140流入ESD箝位電路130中，箝位電路130吸收最初的ESD電涌以保護功能電路120不受電流尖峰的影響，并且然后安全地消散ESD事件能量。隔離二極管140使得能夠在每個將被保護的管腳之間提供電隔離。
通常稱作夾軌器(rail clamp)的這樣的集中ESD保護電路130適合于數(shù)字應用，例如CMOS技術。對于這樣的數(shù)字應用，通過測試標準來定義ESD要求，諸如Jedec標準JESD22-A11DESD敏感性測試人體模型(HBM);和用于微電子組件(CDM)的抗靜電放電閾值的Jedec標準JESD22_C101C場感應電荷器件模型測試方法。
5HBM測試的目的是再現(xiàn)當人體接觸IC時可能產(chǎn)生的ESD事件。通常，測試需要ESD保護電路以保護其不受2.6安培的尖峰電流的影響。
CDM測試的目的是再現(xiàn)通過IC最初充電和然后通過一個管腳放電到地電勢所體驗的ESD事件。CDMESD尖峰電流在3安培左右。
然而，對于模擬應用，并且特別對于需要高可靠性標準的模擬應用，需要ESD保護電路來針對明顯較高ESD尖峰電流提供保護。借助于示例，這樣的應用的示例包括汽車系統(tǒng)，諸如防鎖死制動系統(tǒng)(ABS)、氣囊展開系統(tǒng)、電子穩(wěn)定程序(ESP)系統(tǒng)等。
對于需要高可靠性標準這樣的應用，已知對電路進行ESD槍測試，諸如在IEC6100042、 ISO10605等中定義的。在這樣的測試中，ESD通過"槍"產(chǎn)生，并且被施加到被測試的IC的管腳。根據(jù)規(guī)范，在通過330歐姆或2K歐姆電阻器放電之前，將ESD槍充電至高達25k伏特。因此，電流尖峰可以達到90安培，這明顯高于HBM和CDM測試的電流尖峰。
如本領域技術人員將理解的，為了使例如圖1所示的已知ESD電路120的ESD保護電路防御這樣的高電流尖峰，需要ESD箝位電路130包括有效電容以便能夠吸收電流。此外，隔離二極管必須能夠承受高達90安培。這固有地增加了 ESD箝位電路130和隔離二極管140的尺寸和成本，并且因此增加了它們在IC IOO中所占的空間量，并由此增加了 IC 100的整體成本。
在這樣的情況下，ESD保護電路可能需要高達百分之十左右的IC面積。這對組件的尺寸和成本有直接影響，這進而影響了IC封裝的成本和在印刷電路板等上IC封裝所需的管腳。由于ESD保護電路不能隨著IC的功能電路尺寸一起降低尺寸，因此隨著技術的進步，這種影響
6特別明顯。
通過現(xiàn)有技術的ESD保護已經(jīng)標識的另一問題在于，由于IC封裝內電路的布局限制，通常的情況是集中ESD箝位電路不能接近隔離二極管放置。連接隔離二極管和ESD箝位電路的金屬跡線的電阻較低，但是不可忽略(例如0.2歐姆至1歐姆)，并且隨著金屬跡線的長度而增加。
如本領域技術人員將理解的，在ESD槍測試期間，測試中涉及的相對較高的尖峰電流即使在最小的電阻上也導致明顯的壓降。例如，在ESD槍測試包括60安培尖峰電流的情況下，如果金屬跡線足夠長以包括達到l歐姆的電阻，則金屬跡線上的壓降將是60伏特，這超出了例如僅為45伏特的ESD保護電路的電壓能力。因此，在一側上隔離二極管和ESD箝位電路之間的金屬跡線和另一側上ESD箝位電路和接地管腳之間的金屬跡線的長度影響了 ESD保護電路充分保護IC的能力。金屬跡線的電阻取決于它的幾何外形(長度/寬度)。通常情況是，為了達到足夠低的電阻值，與在集成電路內可以實現(xiàn)的相比，需要跡線包括較短長度和較大寬度。
提供ESD保護的替代的已知方法包括經(jīng)由二極管將被保護的那些管腳關聯(lián)到電源軌。以這種方式，電源的解耦合電容器提供一些ESD保護。然而，管腳必須與電源額定值(例如0.6V)相兼容并且電源的解耦合電容器通常不足以進行高電平ESD保護，諸如ESD槍測試中所需的那些。
為了提供充分的ESD保護而不引發(fā)對IC封裝明顯的尺寸和成本的增加，使用現(xiàn)有技術ESD保護方法，需要單獨保護IC封裝的連接管腳。以這種方式，外部ESD保護器件單獨設置在靈敏管腳上。盡管這可以節(jié)省IC自身的尺寸和成本，但是就財務成本和空間需求這兩方面而言，成本都簡單地傳遞給了上面安裝了IC的印刷電路板。實際上，由于管腳被單獨保護，因此需要多個ESD保護組件，由此明顯增加了ESD保護的成本以及所需的面積。
特別是關于需要防御的尖峰電流，增加了對ESD槍測試的要求。在2004年，ESD槍測試需要防御30安培尖峰電流。這在2006年增加到60安培的尖峰電流。在2007年，需要防御的尖峰電流已經(jīng)增加到卯安培。ESD保護電路的所需保護中的這些明顯增加與降低IC的尺寸和成本的日益增加的需求一起使已知ESD保護技術的缺點惡化。
因此，需要一種對集成電路的改進的ESD保護。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的方面，如在權利要求中所限定的，提供了一種電子器件，以及一種集成電路。


現(xiàn)在將參考附圖僅借助于示例描述本發(fā)明的示例性實施例，在附圖中
圖1圖示了已知的集中靜電放電保護電路的示例。圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例包括靜電放電保護電路的集成電路。
圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例包括靜電放電保護電路的集成電路。
圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例包括靜電放電保護電路的集成電路。
具體實施例方式
在詳細描述根據(jù)本發(fā)明的實施例之前，應當注意，在此描述的各個裝置組件并且如附圖所示，在附圖中已經(jīng)在適當位置通過常規(guī)符號進行了表示，僅示出了與理解本發(fā)明實施例有關的那些具體細節(jié)，以
8便不因對受益于此處描述的本領域普通技術人員容易顯而易見的細節(jié) 而使本公開模糊。因此，將理解，為了簡單清楚地說明，可以不圖示 商業(yè)上可行的實施例中有用的或者必需的常見和公知的要素，以便有 利于較少阻礙這些各種實施例的看法。
現(xiàn)在參考圖2，圖示了根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的包括靜電放 電(ESD)保護電路210的集成電路(IC) 200。 IC 200進一步包括功 能電路220,提供至少一些IC 200希望的并且需要ESD保護的功能。 功能電路220耦合到多個外部連接器，例如管腳230。
如本領域技術人員將理解的，在此處和權利要求中使用術語"管 腳"不是限制性的，并且可以指的是任何替代形式的連接器。例如，在 IC封裝包括球柵陣列的情況下，連接器形式為焊料球等。為了簡單起 見，術語"一個管腳"和"多個管腳"在此用于表示由此IC能夠建立外部 電連接的連接器。這樣的電連接形式可以是數(shù)據(jù)連接、電壓電源連接、 接地連接等。將理解，使用這樣的術語不是限制性的，而可以指的是 任何適當形式的連接。
返回參考圖2， ESD保護電路210包括ESD保護組件，對于所圖 示的實施例，它的形式是內部ESD箝位電路240。內部ESD箝位電路 240適于向功能電路220特別是向管腳230提供ESD保護，并且因此 經(jīng)由隔離組件耦合到管腳230，對于所圖示的實施例，它的形式是隔離 二極管250。
ESD保護電路210進一步耦合到ESD管腳260，它迸而耦合到外 部ESD保護組件，對于所圖示的實施例，它的形式是外部ESD箝位電 路270。以這種方式，將除了通過內部ESD箝位電路240所提供的之 外的附加ESD保護提供到IC 200，并且特別提供到功能電路220和管 腳230。如圖所示，ESD管腳260經(jīng)由隔離二極管250耦合到管腳230。 以這種方式，ESD管腳260以及由此的外部ESD保護組件與管腳230電隔離，并且管腳230通過串聯(lián)且背對背的隔離二極管250相互隔離。
根據(jù)本發(fā)明的該實施例，內部ESD箝位電路240適于提供相對低 電平的ESD保護，例如防御高達3安培左右的ESD事件。以這種方式， 例如內部ESD箝位電路240的內部ESD組件能夠根據(jù)諸如以下的標準 提供ESD保護Jedec標準JESD 22-A11D ESD靈敏測試人體模型 (HBM);和用于微電子組件(CDM)的抗靜電放電閾值的Jedec標準 JESD22j:i01C場感應充電器件模型測試方法。以這種方式，在制造和 測試工藝期間提供ESD保護。
由于僅需內部ESD組件提供這樣的相對低電位的保護，因此內部 ESD組件的尺寸和成本都不會過高。因此，在IC200內ESD電路210 以及由此IC 200自身的尺寸和成本都保持較低。
如先前提及的，對于模擬應用，并且特別對于需要高可靠性標準 的模擬應用，需要ESD保護電路針對明顯較高的ESD尖峰電流提供保 護。借助于示例，這樣的應用的示例包括汽車系統(tǒng)，諸如防鎖死制動 系統(tǒng)(ABS)、氣囊展開系統(tǒng)、電子穩(wěn)定程序(ESP)系統(tǒng)等。
對于需要高可靠性標準這樣的應用，已知的是對電路進行ESD槍 測試，諸如在IEC6100042、 ISO10605等中定義的。在這樣的測試中， ESD通過"槍"產(chǎn)生并且被施加到被測試的IC的管腳。在通過330歐姆 的電阻器放電之前，ESD槍可充電到高達25k伏。因此，電流峰值可 以達到90安培，這明顯高于HBM和CDM測試的電流峰值。
因此，對于所圖示的實施例，它的形式為外部ESD箝位電路270 的附加ESD保護使得能夠將足夠的ESD保護提供給IC 200，以便使IC 200抵抗這樣的侵犯性ESD事件，而不會對IC 200的ESD保護電路 210的尺寸和成本造成明顯影響。
10特別是，在內部ESD組件提供低電平ESD保護時，例如高達3 安培左右，可以經(jīng)由ESD管腳260提供附加ESD保護，如上所述，使 得能夠在ESD槍測試的情況下根據(jù)需要進行高電平ESD保護，例如高 達90安培左右。
此夕卜，通過提供例如ESD管腳260的專用ESD連接器，它耦合到 例如管腳230的需要ESD保護的管腳，在單個管腳上僅需附加ESD保 護。這與必須在需要保護的每個管腳上提供ESD保護的提供ESD保護 的已知方法相反。
以這種方式，降低了外部ESD保護的成本和管腳需求，特別是在 組件計數(shù)方面。此外，由于外部ESD保護僅需提供給單個的、專用的 管腳，因此極大的簡化了這樣的外部ESD保護的提供。特別是，通過 以這種方式利用外部ESD保護，電特性(例如箝位電壓、電容等)可 以適于匹配將使用這種集成電路的特定應用。以這種方式，ESD保護 的電特性可以適于不同的應用而不影響集成電路的內部組件。因此， 可以改善這樣的ESD保護的可靠性。
另外，通過利用外部ESD保護，將外部ESD箝位電路和地電勢之 間的金屬跡線例如提供在印刷電路板(PCB)上，與集成電路封裝內不 同，使得跡線能夠包括改善的幾何外形(寬度/長度)。
如本領域技術人員將理解的，外部ESD箝位電路270所提供的保 護電平取決于使用IC 200的特定應用。然而，預計可以對許多應用以 及因此的許多ESD需求設計和制造IC 200，基本上與特定應用的特定 ESD要求無關。然后，可以通過選擇合適的外部ESD組件來滿足特定 ESD需求，同時IC 200的內部ESD保護電路在制造和測試期間為IC 提供了足夠的ESD保護。
對于所圖示的實施例，它的形式為ESD箝位電路240、 270的內
11部和外部ESD保護組件可以包括任何合適的ESD保護組件。借助于示 例，這樣的ESD組件可以包括與接地平面并聯(lián)耦合的電容器和二極管。 替代地，這樣的ESD保護組件可以包括瞬態(tài)抑制器或者能夠以電流保 持在安全電區(qū)域中的方式吸收ESD電流的任何開關。
現(xiàn)在參考圖3，圖示了根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的包括ESD 保護電路310的IC 300。 IC 300進一步包括功能電路320，提供IC 300 希望的以及需要ESD保護的至少一些功能。功能電路320耦合到多個 外部連接器，例如管腳330。
ESD保護電路310包括內部正向ESD保護組件340和內部負向 ESD保護組件345。內部ESD保護組件340、 345適于向功能電路320、 特別是向管腳330提供ESD保護，并且因此它們經(jīng)由隔離組件耦合至 管腳330。以這種方式，對于正向和負向ESD事件都提供保護，并且 特別是對于例如在制造和測試工序期間發(fā)生的低電平ESD事件。
對于圖3所示的實施例，內部正向ESD保護組件340經(jīng)由其耦合 到管腳330的隔離組件的形式是PNP晶體管350。相反，內部負向ESD 保護組件345經(jīng)由其耦合到管腳330的隔離組件的形式是NPN晶體管 355。通過NPN晶體管情況下的發(fā)射極/基極結確保了電隔離。在PNP 晶體管的情況下，基極/發(fā)射極結形成了電隔離。
ESD保護電路310進一步耦合到正向ESD管腳360，它進而耦合 到外部ESD保護組件370。此外，ESD保護電路310進一步耦合到負 向ESD管腳365，它進而耦合到外部負向ESD保護組件375。以這種 方式，將除了通過內部ESD組件340、 345所提供的之外的附加ESD 保護提供給IC 300，并且特別提供給功能電路320和管腳330。以與圖 2所示的實施例相似的方式，ESD管腳360、 365通過晶體管350、 355 與管腳330電隔離。以這種方式，IC 300包括專用正向ESD管腳360和專用負向ESD 管腳365。進一步地，圖3所示的實施例與圖2所示的實施例由于對于 正向和負向ESD事件單獨提供保護而不同。然而，如本領域技術人員 將理解的，圖3所示的實施例仍提供了與圖2相同的優(yōu)點。
對于以上描述的各種實施例并且如圖2和3所示，ESD保護電路 包括信號內部ESD保護組件。然而，本領域技術人員將理解，內部ESD 保護電路可以包括多個ESD保護組件，每一個都耦合至一個或多個管 腳。
因此，并且參考圖4，圖示了根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例的包 括ESD保護電路410的IC 400。 IC 400進一步包括功能電路420，提 供IC 400希望的和需要ESD保護的至少一些功能。功能電路420耦合 到多個外部連接器，例如管腳430。
ESD保護電路410包括多個內部ESD保護組件440。內部ESD保 護組件440適于向功能電路420特別是向管腳430提供ESD保護，并 且因此耦合至管腳430。
根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例，管腳430經(jīng)由隔離組件耦合到 ESD管腳460，對于所圖示的實施例，它的形式是隔離二極管450。ESD 管腳460耦合到外部ESD保護組件，對于所圖示的實施例，它的形式 是外部ESD箝位電路470。
以這種方式，ESD保護電路包括一個或多個ESD保護組件，它耦 合至一個或多個外部連接器用于為其提供ESD保護。ESD保護電路進 一步包括ESD連接器，它耦合至一個或多個外部連接器并且被布置成 將附加ESD保護耦合至一個或多個外部連接器。
特別是，將理解，如上所述的電子器件、集成電路和其中的靜電
13放電保護電路旨在提供至少一個或多個以下優(yōu)點
(1) 在制造和測試期間提供了集成ESD保護；
(2) 降低了 IC的成本和尺寸；
(3) 降低了 ESD電路/組件所需的硅面積；
(4) 降低了 ESD組件的數(shù)目；
(5) 能夠根據(jù)應用需求改變ESD保護；
(6) 提供了正向和負向的ESD保護；以及
(7) 改善了可靠性。
在前述說明書中，已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實施例。然而，本領 域技術人員將理解，在不背離如權利要求所闡明的本發(fā)明的范圍的情 況下，可以作出各種修改和變化。因此，說明書和附圖應當被認為是 說明性的而非限制性的，并且所有這樣的修改都意在包括在本發(fā)明的 范圍內。
益處、優(yōu)點、對問題的解決方案以及可能導致任何益處、優(yōu)點或 解決方案產(chǎn)生或者變得更明顯的任何要素都不應當被解釋為任何或全 部權利要求的關鍵的、必須的或必要的特征或要素。
特別地，預計前述創(chuàng)造性概念可以被半導體制造商應用于需要
ESD保護的任何集成電路架構。
將理解，在不減損在此描述的創(chuàng)造性概念的情況下，可以使用在 不同功能單元之間的任何合適的功能分布。因此，對特定功能器件或 要素的參考僅應當被看作是對用于提供所描述功能性的合適裝置的參 考，而不是指示性的或嚴格邏輯性的或者物理結構或構造。
可以以任何合適的形式來實現(xiàn)本發(fā)明的方面，包括硬件、軟件、 固件、或這些的任何組合。本發(fā)明實施例的元件和組件可以以任何合 適的形式在物理、功能和邏輯上實現(xiàn)。實際上，可以在單個單元或一
14個IC中、多個單元或多個IC中或作為其他功能單元的一部分來實現(xiàn) 功能。
盡管已經(jīng)結合一些實施例描述了本發(fā)明，但是并非意在限于在此 闡明的特定形式。相反，本發(fā)明的范圍僅通過權利要求來限制。另外， 盡管看起來結合特定實施例描述特征，但是本領域技術人員將意識到 根據(jù)本發(fā)明可以組合所描述實施例的各種特征。在權利要求中，術語"包 括"不排除存在其他元件或步驟。
此外，盡管單個特征可以被包括在不同的權利要求中，但是可以 有利地將這些組合，并且在不同權利要求中包括并非暗示組合特征不 可行和/或有利。而且，在權利要求的一個類別中的特征的包括并不暗 示限于該類別，而是指示特征同樣可以酌情應用于其他權利要求類別。
此外，在權利要求中特征的順序并不暗示必須執(zhí)行的特征的任何 特定順序，并且特別是方法權利要求中各個步驟的順序并不暗示必須 以該順序來執(zhí)行步驟。相反，可以以任何合適的順序來執(zhí)行步驟。另 外，單數(shù)引用不排除多數(shù)。因此，對于"一"、"一個"、"第一"、"第二"
等的引用不排除多個。
因此，已經(jīng)描述了包括ESD保護電路的集成電路和電子器件，其 中已經(jīng)基本上消除了具有現(xiàn)有技術布置的前述缺點。
1權利要求
1.一種集成電路(200)，包括靜電放電(ESD)保護電路(210)，所述靜電放電(ESD)保護電路(210)被布置成向所述集成電路(200)的一個或多個外部連接器(230)提供ESD保護；其中，所述ESD保護電路(210)包括至少一個ESD組件(240)，所述至少一個ESD組件(240)耦合到所述一個或多個外部連接器(230)用于向其提供ESD保護；其中，所述集成電路(200)的特征在于所述ESD保護電路(210)進一步包括ESD連接器(260)，所述ESD連接器(260)耦合到所述一個或多個外部連接器(230)，被布置成將附加ESD保護耦合至所述一個或多個外部連接器(230)。
2. 如權利要求1所述的集成電路(200)，進一步特征在于所述ESD連接器(260)經(jīng)由隔離組件耦合到所述外部連接器(230)。
3. 如權利要求2所述的集成電路(200)，進一步特征在于所述隔離組件包括隔離二極管(250)。
4. 如權利要求2所述的集成電路(200)，進一步特征在于所述隔離組件包括晶體管(350， 355)。
5. 如任何前述權利要求所述的集成電路(200， 300)，進一步特征在于所述ESD保護電路(310)包括至少一個正向ESD保護組件(340)和至少一個負向ESD保護組件(345)，每一個都耦合至一個或多個外部連接器(330)用于向其提供ESD保護。
6. 如權利要求5所述的集成電路(200， 300)，進一步特征在于所述ESD保護電路(310)包括耦合至所述至少一個正向ESD保護組件(340)的正向ESD連接器(360)和耦合至至少一個負向ESD保護組件(345)的負向ESD連接器(365)，每一個都耦合至所述一個或多個外部連接器(330)，被布置成耦合至要分別提供至外部連接器(330)的附加正向和負向ESD保護。
7. 如權利要求6所述的集成電路(200， 300)，進一步特征在于所述正向ESD連接器(360)經(jīng)由一個或多個PNP晶體管(350)耦合到所述外部連接器(330)并且所述負向ESD連接器(365)經(jīng)由一個或多個NPN晶體管(355)耦合到所述一個或多個外部連接器(330)。
8. 如任何前述權利要求所述的集成電路(200， 300)，進一步特征在于所述至少一個ESD保護組件(240， 340， 345)包括與接地平面并聯(lián)耦合的電容器和二極管。
9. 如任何前述權利要求所述的集成電路(200， 300)，進一步特征在于所述或每個ESD保護組件適于根據(jù)以下標準中的一個提供低電平的ESD保護Jedec標準JESD 22-A11D ESD靈敏測試人體模型(HBM);用于微電子組件(CDM)的抗靜電放電閾值的Jedec標準JESD22一C101C場感應充電器件模型測試方法。
10. 如任何前述權利要求所述的集成電路(200， 300)，進一步特征在于所述ESD保護電路(210)適于根據(jù)以下標準IEC6100042或ISO10605中的至少一個提供高電平的附加ESD保護。
11. 一種電子器件(200， 300)，包括任何前述權利要求的所述集成電路。
12. —種包括集成電路(200)的電子器件，所述集成電路包括靜電放電(ESD)保護電路(210)，所述靜電放電(ESD)保護電路(210)被布置成向所述集成電路(200)的一個或多個外部連接器(230)提供ESD保護；其中，所述ESD保護電路(210)包括至少一個ESD保護組件(240)，所述至少一個ESD保護組件(240)耦合至所述一個或多個外部連接器(230)，用于向其提供ESD保護；其中，所述電子器件的特征在于所述ESD保護電路(210)進一步包括ESD連接器(260)，所述ESD連接器(260)耦合至所述一個或多個外部連接器(230)，被布置成將附加ESD保護耦合到所述一個或多個外部連接器(230)。
13.如權利要求12所述的電子器件，進一步特征在于所述電子器件被用于以下中的一個(1) 防鎖死制動系統(tǒng)(ABS);(2) 氣囊展開系統(tǒng)；(3) 電子穩(wěn)定程序(ESP)。
全文摘要
集成電路(200)包括被布置成向集成電路(200)的一個或多個外部連接器(230)提供ESD保護的靜電放電(ESD)保護電路(210)。ESD保護電路(210)包括耦合至一個或多個外部連接器(230)用于向其提供ESD保護的至少一個ESD保護組件(240)。ESD保護電路(210)進一步包括ESD連接器(260)，ESD連接器(260)耦合至一個或多個外部連接器(230)，被布置成將附加ESD保護耦合至一個或多個外部連接器(230)。
文檔編號H01L27/02GK101689543SQ200780052758
公開日2010年3月31日 申請日期2007年4月27日 優(yōu)先權日2007年4月27日
發(fā)明者帕特里斯·貝塞, 艾萬·埃蒙, 菲利普·蘭斯 申請人:飛思卡爾半導體公司