Устройство защиты от разрядов статического электричества выводов комплементарных моп (металл-окисел-полупроводник) интегральных схем на кнс (кремний на сапфире), кни (кремний на изоляторе) структурах

Авторы патента:

H01L27/02 - содержащие полупроводниковые компоненты, предназначенные для выпрямления, генерирования, усиления, переключения, или содержащие элементы на пассивных интегральных схемах, в которых имеется по меньшей мере один потенциальный или поверхностный барьер

Владельцы патента RU 2467431:

Открытое акционерное общество "Ангстрем" (RU)

Изобретение относится к полупроводниковой промышленности. Сущность изобретения: в устройстве защиты от разрядов статического электричества выводов комплементарных МОП интегральных схем на КНС, КНИ структурах вывод контактной площадки (1) связан с латеральными диодами Д (2) и Д (3), стоком транзистора Т (4) и внутренними электродами схемы (10), латеральные диоды Д (2) и Д (3), анод Д (2) и катод Д (3) связаны с входной шиной, катод Д (2) подключен к шине положительного питания (8), а анод Д (3) - к шине земли (9), сток (исток) n-канального транзистора Т (4) связан с входной шиной, исток (сток) подключен к шине земли (9), а затвор подключен к шине земли через резистор Р (5), между шинами питания (8) и земли (9) включен n-канальный транзистор Т (6), затвор которого подключен к шине земли через резистор Р (7). Латеральные диоды сформированы в одиночных островках эпитаксиальной структуры, имеют развитый (длинный) периметр границы р-n перехода, удаленной от контактов к токоведущим шинам, и не имеют затвора над низколегированными областями базы, а n-канальные транзисторы имеют кольцевые затворы, которые связаны с шиной земли через высокоомные резисторы, области каналов транзисторов не подключены к фиксированным потенциалам. Изобретение обеспечивает быстрое пропускание тока без повреждения эпитаксиальных островков при воздействии разряда статического электричества до 3500 вольт. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство защиты от разрядов статического электричества выводов комплементарных МОП (металл-окисел-полупроводник) интегральных схем на КНС (кремний на сапфире), КНИ (кремний на изоляторе) структурах.

Основной проблемой защиты от воздействия разрядов статического электричества на МОП транзисторы, сформированные в тонких эпитаксиальных слоях КНС (КНИ), является невозможность использования традиционных конструктивных решений, характерных для объемного кремния, ввиду отсутствия донных р-n переходов, обеспечивающих эффективный слив избыточного заряда в подложку.

Устройство должно обеспечивать быстрое пропускание тока (до двух ампер) без разрушения тонкого эпитаксиального островка и без пробоя подзатворного диэлектрика охранных элементов.

Известно устройство защиты выводов интегральных микросхем от электростатических разрядов («Устройство защиты выводов интегральных схем со структурой МДП от электростатических разрядов» патент RU 2308146 дата приоритета 13.12.2005 г., авторы Грошкова Н.М., Губин Я.С., Сибагатулин А.Г.), содержащее два ключевых транзистора, обеспечивающих протекание входного тока в зависимости от полярности на шину питания или земли и далее через элемент защиты цепей питания, два нагрузочных резистора и два транзистора, управляющих по затвору ключевыми транзисторами.

Однако в связи с тем, что в цепи протекания тока через каналы управляющих транзисторов включены нагрузочные резисторы, разность потенциалов между стоками и затворами управляющих транзисторов в момент воздействия разряда более 2000 вольт неизбежно приведет к пробою подзатворного диэлектрика или разрушению островка резистора.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство защиты входных цепей от статического электричества комплементарных МОП интегральных микросхем на структурах КНИ (кремний на изоляторе) («Method and structure for providing ESD protection for silicon on insulator integrated circuits» патент WO 9622613 дата приоритета 20.01.1995 г., авторы Staab David R., Li Sheau-Suey), содержащее два латеральных диода с затворами, два балластных резистора, один n-канальный транзистор, шину питания, шину земли и входную шину, при этом первый диод включен между шиной питания и первым балластным резистором, второй резистор включен между первым резистором и катодом второго диода, анод второго диода подключен к шине земли, защитный элемент цепей питания (n-канальный транзистор) стоковыми и истоковыми электродами подключен, соответственно, к шине питания и земли, а затвором накоротко соединен с шиной земли, входная шина подключена к узловой точке соединения балластных резисторов.

Однако данное решение обладает рядом недостатков по отношению к заявленному изобретению:

- конструкция латеральных диодов имеет затвор, лежащий на подзатворном диэлектрике над низколегированной областью базы диода, что может привести к пробою подзатворного диэлектрика,

- балластные резисторы, сформированные в островках эпитаксиального слоя, не обладают достаточной электрической прочностью для рассеивания большой мощности при воздействии напряжения более 2000 вольт,

- элемент защиты цепей питания (n-канальный транзистор) содержит затвор, накоротко подключеннный к шине земли, в то время как сток транзистора связан с шиной питания, так что статический разряд между землей и питанием воздействует на границу сток-затвор и может повредить подзатворный диэлектрик транзистора.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в том, чтобы исключить возникновение большой разности потенциалов (более 15 вольт) между затворами и сток-истоковыми областями охранных транзисторов и обеспечить быстрое пропускание тока (более двух ампер) без повреждения эпитаксиальных островков при воздействии разряда статического электричества до 3500 вольт. При этом цепи протекания тока должны обладать минимально возможным сопротивлением.

Данный технический результат достигается тем, что при возникновении разряда статического электричества (длительность импульса порядка 200 нсек) отрицательной полярности на входной шине (1) обеспечивается протекание разрядного тока (до 2 ампер) на шину земли одновременно по прямосмещенному латеральному диоду, имеющему развитый периметр границы р-n перехода не менее 500 мкм и удалены от контактов к токоведущим дорожкам в пределах 5 мкм÷2 мкм, и открытому транзистору Т (4), имеющему кольцевой затвор с большой шириной канала (не менее 250 мкм). При положительной полярности разряда ток протекает на шину земли одновременно по двум цепям: через транзистор Т (4), который открывается по переднему фронту разряда, т.к. его затвор заряжается через проходную емкость сток-затвор, а высокоомный резистор (не менее 20 кОм), подключенный к земле, препятствует быстрому выключению, и последовательно через прямосмещенный латеральный диод Д (2) и транзистор Т(6), затвор которого также резко заряжается по переднему фронту разряда.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:

- на Фиг.1 изображена принципиальная схема устройства защиты выводов от разрядов статического электричества выводов комплементарных МОП (металл-окисел-полупроводник) интегральных схем на КНС (кремний на сапфире), КНИ (кремний на изоляторе) структурах,

- на Фиг.2 изображен разрез эпитаксиальной структуры устройства защиты выводов от разрядов статического электричества выводов комплементарных МОП (металл-окисел-полупроводник) интегральных схем на КНС (кремний на сапфире), КНИ (кремний на изоляторе) структурах,

Устройство защиты выводов от разрядов статического электричества выводов комплементарных МОП (металл-окисел-полупроводник) интегральных схем на КНС (кремний на сапфире), КНИ (кремний на изоляторе) структурах содержит вывод контактной площадки (1), связанный низкоомной металлизированной шиной с другими элементами схемы, латеральные диоды Д (2) (Фиг.2. 201, 202, 203) и Д (3) (Фиг.2. 301, 302, 303), которые обеспечивают протекание разрядного тока большой величины, анод Д (2) (Фиг.2. 203) и катод Д (3) (Фиг.2. 301) связаны с входной шиной, катод Д (2) (Фиг.2. 201) подключен к шине положительного питания (+Еп) (8), а анод Д (3) (Фиг.2. 303) - к шине земли (▼) (9). Сток (исток) кольцевого n-канального транзистора Т (4) (Фиг.2. 403) связан с входной шиной, исток (сток) (Фиг.2. 401) подключен к шине земли (9), а затвор (Фиг.2. 405) подключен к шине земли через высокоомный резистор Р (5) (Фиг.2. 501, 502, 503). Между шинами питания (8) и земли (9) включен кольцевой n-канальный транзистор Т (6) (Фиг.2. 601-605) (элемент защиты цепей питания), затвор которого (Фиг.2. 604) подключен к шине земли через высокоомный резистор Р (7) (Фиг.2. 701, 702, 703). Сигнал с контактной площадки поступает на электроды внутренней схемы (10).

Также на Фиг.2 изображены элементы: 1100 - изолирующая подложка (сапфир или окисел), 404 и 405 подзатворный диэлектрик транзисторов Т(4) и Т(6), соответственно.

Устройство работает следующим образом.

При возникновении разряда статического электричества отрицательной полярности на входной шине (1) обеспечивается протекание разрядного тока (до 2 ампер) на шину земли (9) одновременно по прямосмещенному латеральному диоду Д (3) и открытому транзистору Т (4). При положительной полярности разряда ток протекает на шину земли одновременно через транзистор Т (4), который открывается по переднему фронту разряда, т.к. его затвор заряжается через проходную емкость сток-затвор, а также последовательно через прямосмещенный латеральный диод Д (2) и транзистор Т(6), затвор которого резко заряжается по переднему фронту разряда.

1. Устройство защиты от разрядов статического электричества выводов комплементарных МОП (металл-окисел-полупроводник) интегральных схем на КНС (кремний на сапфире), КНИ (кремний на изоляторе) структурах, содержащее вывод контактной площадки (1), связанный с латеральными диодами Д (2) и Д (3), стоком транзистора Т (4) и внутренними электродами схемы (10), латеральные диоды Д(2) и Д (3), анод Д (2) и катод Д (3) связаны с входной шиной, катод Д (2) подключен к шине положительного питания (8), а анод Д (3) - к шине земли (9), сток (исток) n-канального транзистора Т (4) связан с входной шиной, исток (сток) подключен к шине земли (9), а затвор подключен к шине земли через резистор Р (5), между шинами питания (8) и земли (9) включен n-канальный транзистор Т (6), затвор которого подключен к шине земли через резистор Р (7), отличающееся тем, что латеральные диоды сформированы в одиночных островках эпитаксиальной структуры, имеют развитый (длинный) периметр границы р-n перехода, удаленной от контактов к токоведущим шинам, и не имеют затвора над низколегированными областями базы, а n-канальные транзисторы имеют кольцевые затворы, исключающие воздействие электростатического разряда на торцы островковой эпитаксиальной структуры, затворы транзисторов связаны с шиной земли через высокоомные резисторы, что обеспечивает резкое кратковременное открытие канала транзисторов при воздействии разряда статического электричества, области каналов транзисторов не подключены к фиксированным потенциалам, тем самым обеспечивая униполярность транзисторов при пропускании тока статического электричества.

2. Устройство защиты от разрядов статического электричества выводов комплементарных МОП (металл-окисел-полупроводник) интегральных схем на КНС (кремний на сапфире), КНИ (кремний на изоляторе) структурах по п.1, отличающееся тем, что границы р-n переходов диодов имеют развитый периметр длиною не менее 500 мкм и удалены от контактов к токоведущим шинам в пределах 5 мкм - 2 мкм.

3. Устройство защиты от разрядов статического электричества выводов комплементарных МОП (металл-окисел-полупроводник) интегральных схем на КНС (кремний на сапфире), КНИ (кремний на изоляторе) структурах по п.1, отличающееся тем, что затворы п-канальных транзисторов связаны с шиной земли через высокоомный резистор с сопротивлением не менее 20 кОм.

Похожие патенты:

Ограничитель свч мощности // 2456705

Изобретение относится к СВЧ интегральным схемам с pin-диодами и предназначено для использования в качестве защитных схем в устройствах, содержащих малошумящие усилители.

Полупроводниковый прибор с защитой областей топологии кристалла, содержащих конфиденциальные данные, от обратного проектирования // 2455729

Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к изделиям электронной техники, например микросхемам, содержащим конфиденциальные сведения, записанные в области памяти, которые необходимо защитить от незаконного считывания.

Полупроводниковый прибор, защищенный от обратного проектирования // 2455728

Электронный прибор свч // 2442241

Изобретение относится к электронной технике, а именно к монолитным интегральным схемам СВЧ, и может быть использовано в твердотельных модулях СВЧ различного функционального назначения.

Полупроводниковый прибор со встроенной защитой в цепях управления и нагрузки // 2428765

Изобретение относится к области электроники, полупроводниковой техники, а именно к полупроводниковым приборам с отрицательной дифференциальной проводимостью и со встроенной защитой от пробоя.

Сферический многослойный компонент электронной схемы для нано- и микроэлектроники // 2386191

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники и может быть использовано в качестве резистора, конденсатора, диода, транзистора и др., которые могут быть объединены в матричную систему (аналог интегральной схемы).

Электронный компонент и применение содержащейся в нем защитной структуры // 2220476

Изобретение относится к электротехнике, в частности предназначено для защиты электронных компонентов, в которых значительная часть не закрыта корпусом. .

Постоянная память и постоянные запоминающие устройства // 2216055

Изобретение относится к электрически адресуемой энергонезависимой постоянной памяти. .

Постоянная память и постоянное запоминающее устройство // 2212716

Изобретение относится к электрически адресуемой энергонезависимой постоянной памяти. .

Масштабируемое устройство обработки данных // 2201639

Электронное устройство // 2500053

Изобретение относится к электронному устройству, включающему в себя компоненты, которые изготавливаются интегрально на одной и той же подложке. Электронное устройство данного изобретения содержит электронную схему, сформированную как единое целое с подложкой, первую токопроводящую дорожку, соединенную с соединительной клеммой, которая может электрически подключаться к внешнему устройству, предоставляемому независимо от электронной схемы, вторую токопроводящую дорожку, через которую осуществляется вывод выходного сигнала, и коммутационную секцию, с помощью которой первая токопроводящая дорожка и вторая токопроводящая дорожка переключаются между электрически замкнутым состоянием и электрически разомкнутым состоянием. Изобретение обеспечивает возможность даже в том случае, когда жидкокристаллический дисплей имеет монолитную структуру, исследовать форму выходных сигналов схем управления. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 14 ил.

Полупроводниковое устройство // 2501117

Изобретение относится к полупроводниковым устройствам. Полупроводниковое устройство содержит схему, включающую в себя множество тонкопленочных транзисторов и по меньшей мере один диод, при этом множество тонкопленочных транзисторов имеют одинаковый тип проводимости. Когда тип проводимости множества тонкопленочных транзисторов является N-типом, электрод катодной стороны диода присоединяется к линии, присоединенной к затвору выбранного одного из множества тонкопленочных транзисторов, а когда тип проводимости множества тонкопленочных транзисторов является P-типом, электрод анодной стороны диода присоединяется к линии, присоединенной к затвору выбранного одного из множества тонкопленочных транзисторов. Устройство содержит и другой диод, не сформированный на линии, скомпонованный так, что направление протекания тока через него было противоположно по меньшей мере одному диоду. Схема включает сдвиговый регистр, включающий множество каскадов. Каждый из множества каскадов включает в себя первый транзистор для выдачи выходного сигнала и множество вторых транзисторов, чья область истока или область стока электрически присоединена к электроду затвора первого транзистора. Изобретение позволяет исключить повреждение тонкопленочных транзисторов от электростатического разряда в схеме с уменьшенным размером. 7 з.п. ф-лы, 36 ил., 1 табл.

Монолитная интегральная схема миллиметрового диапазона // 2503087

Изобретение относится к монолитным интегральным схемам, работающим в миллиметровом диапазоне длин волн, и предназначено для использования в телекоммуникационных и радиолокационных системах. Изобретение позволяет исключить изменение параметров монолитной схемы, содержащей копланарные линии передач на входе и выходе, при монтаже и упростить сам процесс монтажа кристалла. Отличительной особенностью монолитной интегральной схемы миллиметрового диапазона длин волн, выполненной на полуизолирующей подложке и содержащей копланарные линии передачи для ввода и вывода энергии, является то, что металлизация копланарных линий выведена за пределы кристалла. При монтаже монолитной интегральной схемы выступающую за пределы кристалла металлизацию накладывают на металлизацию копланарных линий передач и производят их соединение. При этом на входе и выходе схемы реализуются максимально согласованные переходы с одной линии на другую. Данная конструкция позволяет производить измерение СВЧ-параметров созданных монолитных схем, на пластине еще до разделения на кристаллы, причем результаты измерений будут соответствовать данным для смонтированного в устройство кристалла. 2 ил.

Устройство защиты от разрядов статического электричества выводов питания комплементарных моп (металл-окисел-полупроводник) интегральных схем на кремниевых пластинах с проводимостью n-типа // 2585882

Изобретение относится к полупроводниковой промышленности, в частности к интегральным микросхемам, и может быть использовано преимущественно для защиты от воздействия разрядов статического электричества выводов и шин питания кристаллов комплементарных МОП микросхем, изготовленных на кремниевых пластинах n-типа проводимости, в частности на пластинах КЭФ-4,5. Устройство защиты от разрядов статического электричества выводов питания комплементарных МОП (металл-окисел-полупроводник) интегральных схем на кремниевых пластинах с проводимостью n-типа содержит вывод контактной площадки (1) отрицательного питания (-Еп), подключенный к электродам внутренней схемы (10), катоду первого диода (7) и аноду второго диода (9), катод которого подключен к выводу контактной площадки (2) земли (▼) или положительного питания, который соединен с электродами внутренней схемы (10), при этом согласно изобретению устройство содержит МОП-транзистор (5), электрод подложки которого, сформированный «Р-карманом», подключен к аноду первого диода (7), затвор МОП-транзистора (5), являющийся верхней обкладкой емкости конденсатора (3) к шине земли и выводу контактной площадки (2), подключен через высокоомный резистор (8) к аноду первого диода (7), первый сток-истоковый электрод МОП-транзистора (5) через низкоомный резистор (4) подключен к выводу контактной площадки (2), второй исток-стоковый электрод МОП-транзистора (5) через низкоомный резистор (6) подключен к выводу контактной площадки (1) и электродам внутренней схемы (10). Технический результат изобретения заключается в том, чтобы исключить возникновение большой разности потенциалов (более 15 вольт) между шинами источников питания и земли и обеспечить быстрое пропускание тока (более 2 ампер) без повреждения подзатворного диэлектрика охранного шунтирующего транзистора при воздействии разряда статического электричества до 3500 вольт, при этом цепи протекания тока должны обладать минимально возможным сопротивлением. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.