专利名称：一种带耦合电容的静电防护电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种静电防护电路，特别涉及一种带耦合电容的静电防护电路。
背景技术：
静电放电(Electrostatic Discharge,简称ESD)防护元件的选用在电路设计 中占有越来越重要的地位，合适的ESD防护元件或电路不仅会节省芯片(chip) 面积，而且会达到非常理想的ESD防护能力。目前业界比较常用的ESD防护元 件主要有二极管(diode) ，MOS场效应晶体管(MOSFET),栅极耦合晶体管 (gate-coupled MOSFET)，以及硅控整流器(Silicon-Controlled Rectifier,简称 SCR)等。其中由于栅极耦合晶体管构成的ESD防护元件较容易设计且具有较 佳的ESD防护能力，受到大多数设计者的青睐。
在次微米或深次微米制造工艺中，元件的ESD防护能力下降，为提升CMOS 集成电路的ESD防护能力，在Input/Output PAD (输入/输出衬垫)的ESD防护 元件或输出级MOSFET元件都会被做得较大，以期利用大尺寸的元件设计来提 升ESD防护能力。
大尺寸的元件在布局上经常画成手指状(finger-type)，但是，在ESD放电发 生时，每根finger并不一定会同时导通，常见的一般为只有少数几根fmger(例如 2 3根)会先导通，这是因为布局上无法使每根fmger的相对位置及拉线方向完 全相同所致，这2~3根finger—旦导通，ESD电流便集中流向这几根finger, 而其他的finger仍是保持关闭的所以其ESD防护能力等效于只有2~3根finger 的防护能力，而非所有fmger的防护能力。这也就是为何晶体管元件尺寸已经做 得很大，但ESD防护能力并未如预期般地上升的主要原因。
为克服大尺寸晶体管在ESD放电过程中不均匀导通的情况，越来越多的设
计者选用Gate-Coupled MOSFET作为I/O Pad或Power Pad (电源衬垫)的ESD 防护器件，其主要是利用ESD放电瞬间电压快速变化的特性，借由电容耦合作 用来使ESD防护元件达到更有效率的防护动作。此种ESD防护元件的设计，与 同尺寸的GatecLMOSFET相比较，具有较低的触发电压(triggervoltage)，并且 能使得元件的finger更均匀的导通，大大提高电路的ESD防护能力。但是在使 用GCMOS作为ESD防护器件时，其电容电阻值要慎重选择，做好优化，才能 使得GCMOS在电路正常工作情况下保持关闭状态，在ESD电流放电时起到保 护作用。
其中关于耦合电容，业界比较常用的有两种， 一种是MOSFET的寄生电容 Cgd,另一种是MOSFET电容Cgg。无论以上哪种电容的选用，都存在一定的缺 陷。其中Cgd电容由于其本身为晶体管的寄生电容，其电容值较小且随制程变 异性很大，所以在设计过程中难以精确模拟其电容值，给设计者造成困扰。而 对于MOSFET电容Cgg虽然其电容值较大且较稳定，但是需增加额外的电容器 件，这必然会使芯片面积变大。
发明内容
为了解决上述缺陷，本发明提出的一种电容器可以精确确定，设计简便并 节省芯片面积的新型静电防护电路。
本发明提供了一种带耦合电容的静电防护电路，连接在第一节点和第二节
点之间，其包括电阻器，晶体管和电容器；
上述晶体管的漏极连接第一节点，用以接收静电电流，上述晶体管的源极 连接第二节点，用以对静电电流放电；
上述电容器连接在上述晶体管的栅极和第一节点之间；
上述电阻器连接在上述晶体管的栅极和第二节点之间；
其中，上述晶体管为栅极耦合晶体管，上述电容器为晶体管的耦合电容，
上述耦合电容为金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal,简称MIM)电 容器或多晶体-绝缘体-多晶体(poly-insulator-poly,简称PIP)电容器。
作为优选，上述金属-绝缘体-金属电容器的一金属层与第一节点的1/0衬垫
在同一金属层中共同形成。
作为优选，上述多晶体-绝缘体-多晶体电容器的与晶体管的栅极连接的多晶 体层与上述晶体管的栅极共同制造。
作为优选，上述MIM电容器和PIP电容器的耦合电容值由其版图面积决定。 作为优选，上述MIM电容器通过在静电防护电路所在的器件上进行蚀刻制成。
作为优选，上述PIP电容器通过在双层或多层多晶体的制造过程中在静电 防护电路所在的器件上进行多晶体沉积和蚀刻制成。
我们选用MIM电容或者PIP电容来作为GCMOS的耦合电容的优点主要 有在一个固定制造过程中，MIM电容或PIP电容其单位面积电容值较稳定， 变异性不大，所以在设计时可以进行精确模拟；可以通过调整MIM电容或PIP 电容的版图面积来调整耦合电容值的大小，进而调整ESD防护元件的触发电 压，使得ESD防护能力更有效；使用MIM电容或者PIP电容并不会增大芯片 的面积，所以比使用其它电容更能节省面积；如果需要通过改变耦合电容值的 大小来优化ESD防护能力，制造过程中只需调整一层光罩即可，不仅縮短了设 计者的开发时间，而且大大降低了开发成本。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。对于所属 技术领域的技术人员而言，从对本发明的详细说明中，本发明的上述和其他目 的、特征和优点将显而易见。
图1A和1B表示本发明一较佳实施例中的利用MIM电容作为耦合电容的 静电防护电路及MIM电容器结构。
图2A和2B表示本发明一较佳实施例中的利用PIP电容作为耦合电容的静 电防护电路及PIP电容器结构。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种带耦合电容的静电防护电
路作进一步的详细说明。
本发明一较佳实施例如图1A和1B所示，表示一种带耦合电容的静电防护 电路30，该电路连接在第一节点l和第二节点2之间，包括电阻器31，晶体管 32和电容器33,晶体管32的漏极321连接第一节点1，用以接收静电电流，晶 体管32的源极323连接第二节点2，用以对静电电流放电，电阻器31连接在晶 体管32的栅极322和第二节点2之间，电容器33连接在晶体管32的栅极322 和第一节点l之间。晶体管32例如是栅极耦合晶体管，当然，其也可以是任意 合适的晶体管，不限于此。电容器33为晶体管32的耦合电容，在该实施例中 为MIM电容器。该MIM电容器的结构如图1A所示，第一层金属331通过通 孔连接晶体管32的栅极322，当然也连接电阻器31，绝缘体332通过通孔连接 第二层金属333，其中第二层金属333连接第一节点1的I/O衬垫，该I/O衬垫 可以与第二层金属333共同制成，因为这种MIM电容器仅需在晶体管制造时共 同完成，不需要制造多余的金属层，并在静电防护电路的制造过程中进行，因 此不需要增加额外的电容器件，通过在芯片上蚀刻而成，不会增大芯片的面积。 同时，如果要改变耦合电容值的大小，则在制造过程中只需调整光罩即可，既 节约时间，又可以降低成本。
本发明另一较佳实施例如图2A和2B所示，表示一种带耦合电容的静电防 护电路40,该电路与图1B所示的静电防护电路类似，不同之处在于该实施例中 采用PIP电容器43，该电容器的结构如图2A所示，其中多晶体是多晶硅，当然 其也可以是任意形式的多晶体材料，不限于此。第一层多晶硅431连接晶体管 42的栅极422，当然其也可以与晶体管42的栅极422 —同制造，第二层多晶硅 433连接第一节点1的多晶硅衬垫，该多晶硅衬垫也可以与第二层多晶硅433 — 同制造，第一层多晶硅431当然也连接电阻器41，绝缘体432覆盖在第一层多 晶硅431的上方，并暴露部分第一层多晶硅431，第二层多晶硅432覆盖在整个 绝缘体432的上方，不会使绝缘体432暴露，因为PIP电容器的两层多晶硅可 以与晶体管和其他器件共同在静电防护电路的双层或多层多晶体的制造过程中 形成，因此既不需要增加额外的电容器件，也不需要额外的步骤，又由于静电 防护电路通过在芯片上蚀刻或沉积而成，因此不会增大芯片的面积。同时，如 果要改变耦合电容值的大小，则在制造过程中只需调整光罩即可，既节约时间，
又可以降低成本。
在上述实施例中，MIM电容器和PIP电容器的耦合电容值由其版图面积决定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如 果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换的，均应涵盖 在本发明的权利要求的保护范围当中。
权利要求
1. 一种带耦合电容的静电防护电路，连接在第一节点和第二节点之间，其特征在于包括电阻器，晶体管和电容器；上述晶体管的漏极连接第一节点，用以接收静电电流，上述晶体管的源极连接第二节点，用以对静电电流放电；上述电容器连接在上述晶体管的栅极和第一节点之间；上述电阻器连接在上述晶体管的栅极和第二节点之间；其中，上述晶体管为栅极耦合晶体管，上述电容器为晶体管的耦合电容，上述耦合电容为金属-绝缘体-金属电容器或多晶体-绝缘体-多晶体电容器。
2. 根据权利要求l所述的静电防护电路，其特征在于上述金属-绝缘体-金 属电容器的一金属层与第一节点的I/O衬垫在同一金属层中共同形成。
3. 根据权利要求l所述的静电防护电路，其特征在于上述多晶体-绝缘体-多晶体电容器的与晶体管的栅极连接的多晶体层与上述晶体管的栅极共同制 造。
4. 根据权利要求l所述的静电防护电路，其特征在于上述金属-绝缘体-金 属电容器和多晶体-绝缘体-多晶体电容器的耦合电容值由其版图面积决定。
5. 根据权利要求l所述的静电防护电路，其特征在于上述金属-绝缘体-金 属电容器通过在静电防护电路所在的器件上进行蚀刻制成。
6. 根据权利要求l所述的静电防护电路，其特征在于上述多晶体-绝缘体-多晶体电容器通过在双层或多层多晶体的制造过程中在静电防护电路所在的器 件上进行多晶体沉积和蚀刻制成。
全文摘要
本发明提供了一种带耦合电容的静电防护电路，连接在第一节点和第二节点之间，其包括电阻器，晶体管和电容器；上述晶体管的漏极连接第一节点，用以接收静电电流，上述晶体管的源极连接第二节点，用以对静电电流放电；上述电容器连接在上述晶体管的栅极和第一节点之间；上述电阻器连接在上述晶体管的栅极和第二节点之间；其中，上述晶体管为栅极耦合晶体管，上述电容器为晶体管的耦合电容，上述耦合电容为MIM电容器或PIP电容器。由于MIM电容或PIP电容其单位面积电容值较稳定，变异性不大，所以在设计时可以进行精确模拟，使得ESD防护能力更有效，比使用其它电容更能节省面积。
文档编号H01L23/522GK101383345SQ200710187169
公开日2009年3月11日 申请日期2007年11月21日 优先权日2007年9月4日
发明者王政烈, 俊 石 申请人:和舰科技(苏州)有限公司