DE102024107556A1

DE102024107556A1 - Esd-schutzschaltung

Info

Publication number: DE102024107556A1
Application number: DE102024107556.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Cornelius Russ; Gabriel-Dumitru Cretu; Filippo Magrini; Bernhard Stein; Eric Pihet
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2023-03-28
Filing date: 2024-03-18
Publication date: 2024-10-02
Also published as: US20240332954A1; CN118739222A; US12322953B2

Abstract

Eine ESD-Schutzschaltung umfasst einen siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR), der einen ersten Leitungspfad zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten umfasst, und eine Klemmschaltung, die mit einem Steuerungsanschluss des SCR gekoppelt ist. Die Klemmschaltung ist Teil eines zweiten Leitungspfads zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten. Während eines ESD-Ereignisses leitet die Klemmschaltung einen ESD-Strom, bis ein Schwellen-IV-Punkt erreicht ist. Die Klemmschaltung triggert den SCR, der dann als Snapback-Vorrichtung fungiert, um den ESD-Strom bei einer niedrigeren Spannung zu leiten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen ESD-Schutz und konkret auf siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCR) für den ESD-Schutz.
HINTERGRUND
Siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCRs), auch bekannt als Thyristoren, sind weithin genutzte ESD-Schutzvorrichtungen. Die hohe Strombelastbarkeit pro Layout-Fläche macht SCRs aus Kostengründen besonders nützlich. Darüber hinaus macht die hohe Strombelastbarkeit pro parasitäre Kapazität von SCRs sie besonders nützlich für den Schutz von Pins, die eine verhältnismäßig niedrige Kapazität erfordern, wie etwa Pins, die für Hochfrequenz-(HF-)Signale bestimmt sind.
Die Struktur eines SCR kann als NPN-Bipolartransistor repräsentiert werden, der mit einem PNP-Bipolartransistor so verbunden ist, dass das Basis-Gebiet des NPN-Transistors das Kollektorgebiet des PNP-Transistors bildet und umgekehrt. In der Bulk-CMOS-Technologie wird ein SCR oft unter Verwendung einer lateralen p/n/p/n-Struktur aufgebaut, die unter Verwendung einer Kombination von schwachdotierten n-Wannen- und p-Wannengebieten, die als „Auslöser- bzw. Trigger“-Gebiete dienen, und innerhalb der p-Wannen- und n-Wannengebiete angeordneten, stärker dotierten Diffusionsgebieten vom p-Typ und n-Typ, die als Anode bzw. Kathode des SCR dienen, ausgebildet wird.
Im Allgemeinen werden in Bulk-CMOS-Technologie aufgebaute SCRs ausgelöst bzw. getriggert, wenn eine angelegte Anoden-Kathoden-Spannung die Durchbruchspannung in Sperrrichtung eines Übergangs an einer Grenzfläche zwischen einem schwachdotierten n-Wannengebiet und einem schwachdotierten p-Wannengebiet übersteigt. Die physikalische Geometrie der schwachdotierten n-Wannen- und p-Wannengebiete macht sie aufgrund ihrer relativen physikalischen Tiefe für ein effizientes Triggern insofern gut geeignet, als Pfade für einen Trigger-Strom unterhalb hochdotierter Anoden- und Kathodengebiete des SCR vorhanden sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen definiert. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen bzw. Unteransprüchen definiert. Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine ESD-Schutzschaltung: einen ersten siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR), der einen zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten gekoppelten ersten Leitungspfad umfasst; einen zweiten SCR, der einen zwischen dem zweiten Knoten und einem dritten Knoten gekoppelten zweiten Leitungspfad umfasst; eine erste Klemmschaltung, die mit einem ersten Steuerungsanschluss des ersten SCR gekoppelt ist, wobei die erste Klemmschaltung einen zwischen dem ersten Knoten und einem Sternknoten gekoppelten dritten Leitungspfad aufweist; eine zweite Klemmschaltung, die mit einem zweiten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist, wobei die zweite Klemmschaltung einen zwischen dem dritten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten vierten Leitungspfad aufweist; und eine dritte Klemmschaltung, die mit einem dritten Steuerungsanschluss des ersten SCR und mit einem vierten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist, wobei die dritte Klemmschaltung einen zwischen dem zweiten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten fünften Leitungspfad aufweist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst eine ESD-Schutzschaltung: einen ersten siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR), der einen zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten gekoppelten ersten Leitungspfad aufweist; einen zweiten SCR, der einen zwischen dem zweiten Knoten und einem dritten Knoten gekoppelten zweiten Leitungspfad aufweist; eine Klemmschaltung, die umfasst: eine erste Trigger-Vorrichtung, die mit einem ersten Steuerungsanschluss des ersten SCR gekoppelt ist; und eine zweite Trigger-Vorrichtung, die mit einem zweiten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist; und einen ESD-Bus, der mit dem ersten Knoten, dem zweiten Knoten und dem dritten Knoten über jeweilige gleichrichtende Dioden gekoppelt ist, wobei der ESD-Bus ferner mit der Klemmschaltung gekoppelt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst eine ESD-Schutzschaltung: eine erste Klemmschaltung, eine zweite Klemmschaltung und eine dritte Klemmschaltung, wobei die erste Klemmschaltung, die zweite Klemmschaltung und die dritte Klemmschaltung an einem Sternknoten miteinander gekoppelt sind; einen ersten bidirektionalen siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR), der einen zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten gekoppelten ersten Leitungspfad aufweist, wobei ein erster Steuerungsanschluss des ersten bidirektionalen SCR mit der ersten Klemmschaltung gekoppelt ist und ein zweiter Steuerungsanschluss des ersten bidirektionalen SCR mit der dritten Klemmschaltung gekoppelt ist; und einen zweiten bidirektionalen SCR, der einen zwischen dem zweiten Knoten und einem dritten Knoten gekoppelten zweiten Leitungspfad aufweist, wobei ein dritter Steuerungsanschluss des zweiten bidirektionalen SCR mit der zweiten Klemmschaltung gekoppelt ist und ein vierter Steuerungsanschluss des zweiten bidirektionalen SCR mit der dritten Klemmschaltung gekoppelt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei es sich bei der Ausführungsform um ein Verfahren zum ESD-Schutz unter Verwendung eines siliziumgesteuerten Gleichrichters (SCR) handelt, der einen zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten gekoppelten ersten Leitungspfad aufweist, eines zweiten SCR, der einen zwischen dem zweiten Knoten und einem dritten Knoten gekoppelten zweiten Leitungspfad aufweist, und einer ersten Klemmschaltung, einer zweiten Klemmschaltung und einer dritten Klemmschaltung, wobei die erste Klemmschaltung, die zweite Klemmschaltung und die dritte Klemmschaltung an einem Sternknoten miteinander verbunden sind, wobei die erste Klemmschaltung mit einem ersten Steuerungsanschluss des ersten SCR gekoppelt ist, wobei die erste Klemmschaltung einen zwischen dem ersten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten dritten Leitungspfad aufweist, wobei die zweite Klemmschaltung mit einem zweiten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist, wobei die zweite Klemmschaltung einen zwischen dem dritten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten vierten Leitungspfad aufweist, und wobei die dritte Klemmschaltung mit einem dritten Steuerungsanschluss des ersten SCR und einem vierten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist, wobei die dritte Klemmschaltung einen zwischen dem zweiten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten fünften Leitungspfad aufweist, umfasst das Verfahren: Detektieren eines ESD-Impulses unter Verwendung einer Trigger-Vorrichtung, wobei die Trigger-Vorrichtung Teil der ersten Klemmschaltung, der zweiten Klemmschaltung oder der dritten Klemmschaltung ist; Leiten eines ESD-Stroms über ein Nebenschluss- bzw. Shunt-Element bis zu einem ersten Pegel, wobei das Shunt-Element Teil der ersten Klemmschaltung, der zweiten Klemmschaltung oder der dritten Klemmschaltung ist; Aktivieren des ersten SCR oder des zweiten SCR über die Trigger-Vorrichtung auf eine Detektion des ESD-Impulses hin; und Leiten des ESD-Stroms oberhalb des ersten Pegels über den ersten SCR oder den zweiten SCR.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen verwiesen, die in Verbindung mit beiliegenden Zeichnungen vorgenommen werden, in denen:

1 eine Darstellung einer ESD-Schutzschaltung gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht;
2 eine grafische Darstellung veranschaulicht, die die Leistung bzw. das Betriebsverhalten einer ESD-Schutzschaltung gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht;
3 eine schematische Darstellung eines Netzwerks 300 veranschaulicht, das die ESD-Schutzschaltung gemäß einigen Ausführungsform enthält;
4 - 11 schematische Darstellungen von ESD-Schutzschaltungen gemäß einigen Ausführungsformen sind;
12A eine Querschnittsansicht eines SCR gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht;
12B - 12D Draufsichten von SCRs gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulichen;
13 eine Querschnittsansicht eines SCR gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht;
14 eine schematische Darstellung einer ESD-Schutzschaltung veranschaulicht, die in einer Querschnittsansicht einer Halbleiterstruktur implementierte SCRs gemäß einigen Ausführungsformen darstellt;
15 - 16 Querschnittsansichten von SCRs gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulichen;
17 - 18 Querschnittsansichten von in Halbleiterstrukturen implementierten mehreren SCRs gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulichen;
19 eine grafische Darstellung veranschaulicht, die das Betriebsverhalten einer ESD-Schutzschaltung gemäß einigen Ausführungsformen darstellt;
20A - 20C Wellenformen veranschaulichen, die das Betriebsverhalten einer ESD-Schutzschaltung gemäß einigen Ausführungsformen darstellen;
21 verschiedene Architekturen für Mehrweg-ESD-Schutzschaltungen gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht; und
22 - 23 Flussdiagramme von Verfahren für einen ESD-Schutz gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulichen.

Entsprechende Ziffern und Symbole in verschiedenen Abbildungen bzw. Figuren beziehen sich allgemein auf entsprechende Teile, sofern nicht anders angegeben. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen deutlich zu veranschaulichen, und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet. Um bestimmte Ausführungsformen deutlicher zu veranschaulichen, kann in einer Figur ein Buchstabe, der Varianten der gleichen Struktur, des gleichen Materials oder des gleichen Prozessschrittes angibt, einer Ziffer folgen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Herstellung und Nutzung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen werden im Folgenden im Detail erörtert. Man sollte sich jedoch bewusst sein, dass die vorliegende Erfindung viele mögliche erfinderische Konzepte liefert, die in einer großen Vielfalt spezifischer Kontexte verkörpert werden können. Die erörterten spezifischen Ausführungsformen sind für bestimmte Verfahrensweisen, um die Erfindung herzustellen und zu nutzen, nur veranschaulichend und schränken den Umfang der Erfindung nicht ein.
In verschiedenen Ausführungsformen enthält eine Schaltung zum Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD) einen oder mehrere bidirektionale siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCRs), die zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten gekoppelt sind, um einen ersten leitfähigen Pfad zu bilden, und eine oder mehrere aktive Klemmschaltungen, die zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten gekoppelt sind, um einen zweiten leitfähigen Pfad zu bilden. Der erste Knoten und der zweite Knoten können mit beispielsweise Pins eines Controller-Area-Network (CAN), eines Local-Interconnect-Network (LIN) oder dergleichen gekoppelt sein, die Teil eines Automobils sein können. Die ESD-Schutzschaltung bietet Schutz vor ESD-Strömen zwischen Pins. Während eines ESD-Ereignisses wird ein anfänglicher ESD-Strom über eine aktive Klemmschaltung im Nebenschluss geleitet, bis ein vorbestimmter Trigger-IV-Punkt erreicht ist, an welchem Punkt einer der SCRs getriggert wird und er den ESD-Impuls zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten sicher im Nebenschluss leitet. Die Kombination einer aktiven Klemmschaltung und eines bidirektionalen SCR kann nützlich sein, um eine Verlustleistung bzw. Energiedissipation zu verringern, den Flächenverbrauch zu senken, die Klemmspannung zu reduzieren und eine erhöhte Robustheit des ESD-Designs bereitzustellen.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst ein bidirektionaler SCR, der in ESD-Schutzschaltungen als Snapback-Vorrichtung verwendet werden kann, zwei Wannengebiete in einem Substrat. Jedes Wannengebiet enthält zwei jeweilige Elektrodengebiete (z. B. ein Kathodengebiet und ein Anodengebiet) und ein zusätzliches Abgriff- bzw. Tap-Gebiet (worauf auch als Tap-Gebiet mit Doppelfunktion verwiesen wird). Das Tap-Gebiet kann durch Vorsehen einer hohen lokalen Basisdotierung auch zur Trigger-Strominjektion in einen Transistor des bidirektionalen SCR und zum Erhöhen der Haltespannung des Transistors genutzt werden. Der bidirektionale SCR ermöglicht eine Unterstützung zum Schutz vor einer umgekehrten Polarität bzw. Verpolung und kann im Vergleich mit beispielsweise einem Paar antiparalleler unidirektionaler SCRs eine reduzierte Layout-Fläche bieten.
1 zeigt eine verallgemeinerte Darstellung einer ESD-Schutzschaltung 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Ein erster Knoten 102, ein zweiter Knoten 104 und ein dritter Knoten 106 können mit Kontaktstellen bzw. Pads oder Pins eines CAN-Busses oder LIN-Busses wie etwa in einem Automobil gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen ist der erste Knoten 102 mit einer Signalleitung oder einem Versorgungspotential (z. B. einem niedrigen differentiellen Signal des CAN oder CANL) gekoppelt, ist der zweite Knoten 104 mit einem Stromversorgungsknoten (z. B. Masse) gekoppelt und ist der dritte Knoten 106 mit einer anderen Signalleitung oder einem anderen Versorgungspotential (z. B. einem hohen differentiellen Signal des CAN oder CANH) gekoppelt. Jedoch können der erste Knoten 102, der zweite Knoten 104 und der dritte Knoten 106 mit beliebigen geeigneten Schaltungselementen gekoppelt sein.
Ein erster bidirektionaler SCR 110 ist zwischen dem ersten Knoten 102 und dem zweiten Knoten 104 gekoppelt und bildet einen ersten Leitungspfad zwischen ihnen. Ein zweiter bidirektionaler Knoten SCR 110 ist zwischen dem zweiten Knoten 104 und dem dritten Knoten 106 gekoppelt und bildet einen zweiten Leitungspfad zwischen ihnen. In einigen Ausführungsformen ist ein dritter bidirektionaler SCR 110 zwischen dem ersten Knoten 102 und dem dritten Knoten 106 vorhanden und bildet einen dritten Leitungspfad zwischen ihnen. Der dritte bidirektionale SCR 110 kann für Anwendungen vorhanden sein, bei denen ein ESD-Schutz zwischen dem ersten Knoten 102 (z. B. CANL) und dem dritten Knoten 106 (z. B. CANH) vorteilhaft ist, wie etwa für den Schutz vor einer 2kV-HBM-ESD statt vor einer 8kV-Harsh-System-Level-ESD (engl.: 8 kV harsh system level ESD) durch Pistolen- bzw. Gun-Impulse. Auf die bidirektionalen SCRs 110 kann auch als in V-Schaltung verbundenes SCR-Netzwerk in Ausführungsformen mit zwei bidirektionalen SCRs 110 oder als in Delta-Schaltung verbundenes SCR-Netzwerk in Ausführungsformen mit drei bidirektionalen SCRs 110 verwiesen werden.
Drei aktive Klemmschaltungen 120 (auf die auch als Klemmschaltungen oder Trigger-Schaltungen) verwiesen wird, sind an einem Sternknoten 150 miteinander gekoppelt. Die erste aktive Klemmschaltung 120 bildet einen Leitungspfad zwischen dem ersten Knoten 102 und dem Sternknoten 150, die zweite Klemmschaltung 120 bildet einen Leitungspfad zwischen dem zweiten Knoten 104 und dem Sternknoten 150 und die dritte aktive Klemmschaltung 120 bildet einen Leitungspfad zwischen dem dritten Knoten 106 und dem Sternknoten 150. Die erste aktive Klemmschaltung 120 und die zweite aktive Klemmschaltung 120 sind mit Steuerungsanschlüssen des ersten bidirektionalen SCR 110 gekoppelt, und die zweite aktive Klemmschaltung 120 und die dritte aktive Klemmschaltung 120 sind mit Steuerungsanschlüssen des zweiten bidirektionalen SCR 110 gekoppelt. In Ausführungsformen, in denen der dritte bidirektionale SCR 110 zwischen dem ersten Knoten 102 und dem dritten Knoten 106 vorhanden ist, sind die erste aktive Klemmschaltung 120 und die dritte Klemmschaltung 120 mit Steuerungsanschlüssen des dritten bidirektionalen SCR 110 gekoppelt.
Ein ESD-Ereignis kann zwischen beliebigen zwei der drei Knoten 102, 104 und 106 auftreten. Während des Betriebs der ESD-Schutzschaltung 100 wird ein anfänglicher ESD-Strom (worauf auch als „Vor-Trigger-Strom“ I_t1 verwiesen wird, der in einem Bereich von 100 mA bis 2,0 A liegen kann) über einen Leitungspfad durch die aktiven Klemmschaltungen 120, die am Sternknoten 150 gekoppelt sind, im Nebenschluss geleitet. Wenn der ESD-Strom einen ersten Pegel (wie etwa I_t1) überschreitet, wird einer der bidirektionalen SCRs 110 getriggert, so dass der ESD-Strom oberhalb des ersten Pegels über einen Leitungspfad durch einen oder mehrere der bidirektionalen SCRs 110 fließt.
Die leitfähigen Pfade durch die aktiven Klemmschaltungen 120 beginnen bei einem vorbestimmten Schwellenspannungspegel (Ein-Spannung V_on, die in einem Bereich von 3 V bis 130 V liegen kann), der oberhalb der Versorgungsspannung V_supply (die in einem Bereich von 2 V bis 120 V liegen kann) und oberhalb der absoluten maximalen Nennspannung V_AMR (die in einem Bereich von 2,5 V bis 125 V liegen kann) liegt, zu leiten. Während eines ESD-Ereignisses wird bei einem vorbestimmten Trigger-IV-Punkt (einem Vielfachen des Trigger-Stroms I_t1 und der Trigger-Spannung V_t1, die in einem Bereich von 4 V bis 140 V liegen kann) einer der bidirektionalen SCRs 110 getriggert und durch die aktive Klemmschaltung 120, die den anfänglichen ESD-Strom leitet, aktiviert. Der bidirektionale SCR 110 leitet dann im Nebenschluss den ESD-Impuls bei einer Haltespannung V_h (die in einem Bereich von 1 V bis 40 V liegen kann), die niedriger als die Trigger-Spannung V_t1 ist. Die absolute maximale Nennspannung V_AMR kann auch höher als die Haltespannung V_h sein. Der bidirektionale SCR 110 stellt einen Nebenschlusspfad zur Entladung für sehr hohe Strompegel wie etwa einen zweiten Durchbruchstrom I_t2, der geringer als 25 A ist, oder einen Strom in einem Bereich von 1 A bis 50 A bereit. Ein ESD-Betriebsmodus bei hohem Strom der ESD-Schutzschaltung 100 unter ESD-Bedingungen kann bei einer Spannung V_ESD (die in einem Bereich von 1,5 V bis 140 V liegen kann) und einem I_ESD (der in einem Bereich von 0,5 A bis 25 A liegen kann) arbeiten. Spielräume können zwischen V_ESD und einer jeweiligen Spannung V_t2 (bei dem Spielraum kann es sich um eine Spannung von 1 V oder höher handeln) und zwischen I_ESD und dem Strom I_t2 (bei dem Spielraum kann es sich um einen Strom von 100 mA oder höher handeln), bei denen thermisches Vorrichtungsversagen auftritt, einbezogen sein.
Als ein Beispiel kann ein positives ESD-Belastungsereignis zwischen dem ersten Knoten 102 (z. B. CANL) und dem zweiten Knoten 104 (z. B. Masse) auftreten. Ein Leitungspfad über den Sternknoten 150 und die zwischen den ersten Knoten 102 und 104 gekoppelten aktiven Klemmschaltungen 120 leitet den ursprünglichen bzw. anfänglichen ESD-Strom oberhalb der Einschaltspannung V_ON. Beim Trigger-IV-Punkt wird der Hauptstrompfad über den bidirektionalen SCR 110, der mit dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten gekoppelt ist, getriggert, so dass der ESD-Strom entlang dem Leitungspfad durch den bidirektionalen SCR 110 fließt und im Wesentlichen kein Strom über den anfänglichen Leitungspfad durch die aktiven Klemmschaltungen 120 und den Sternknoten 150 fließt. Wenn das ESD-Ereignis einmal endet, schalten alle ESD-Klemmelemente (mit anderen Worten die bidirektionalen SCRs 110 und die aktiven Klemmschaltungen 120) aus und kehrt die Schaltung in einen neutralen Zustand zurück, um auf ein nachfolgendes ESD-Ereignis zu warten oder in einem betriebsbereiten Zustand zu verweilen.
2 ist eine grafische Darstellung von Strom gegen Spannung, die das Betriebsverhalten einer ESD-Schutzschaltung 100 während eines ESD-Ereignisses gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulicht. Bei einer Schwellenspannung wird ein leitfähiger Pfad durch Klemmschaltungen 120 (siehe oben, 1) aktiviert und beginnt, den ESD-Strom zu leiten. Wenn die Spannung und der Strom einen Trigger-Strom I_t1 und eine Trigger-Spannung V_t1 erreichen, wird ein bidirektionaler SCR 110 aktiviert und beginnt dieser, den größten Teil des ESD-Stroms zu leiten. Die Spannung springt dann zurück auf eine signifikant niedrigere Spannung, während der Entladungsstrom weiter zunimmt, was erlaubt, dass der bidirektionale SCR 110 die Entladung sicher durchführt, ohne eine thermische Schädigung hervorzurufen. Aus diesem Grund wird auf den bidirektionalen SCR 110 auch als Snapback-Vorrichtung verwiesen.
Die Kombination der aktiven Klemmung (z. B. der aktiven Klemmschaltungen 120) und der Snapback-Vorrichtung (z. B. der bidirektionalen SCRs 110) ermöglicht, dass die ESD-Schutzschaltung 100 einen höheren Trigger-Strom I_t1 und eine höhere Trigger-Spannung V_t1 erreicht, bevor die Snapback-Vorrichtung aktiviert wird, was vorteilhaft ist, um ein unbeabsichtigtes Rücksprung- bzw. Snapback-Triggern zu reduzieren oder zu verhindern, was zu unerwünschten Latch-up-Ereignissen führen kann. Der Trigger-Strom I_t1 und die Trigger-Spannung V_t1 können über das Design festgelegt werden, was eine Abstimmung des Trigger-Stroms ermöglicht. Die in einer Sternkonfiguration (siehe oben, 1) angeordneten aktiven Klemmschaltungen 120 ermöglichen das Implementieren eines Nebenschlusses für Vor-Trigger-Ströme mit einem Schutz vor Verpolung und das Erreichen eines höheren Trigger-Stroms mit einer reduzierten Layout-Fläche. Mit anderen Worten ermöglicht das Koppeln der aktiven Klemmschaltungen 120 in einer Sternkonfiguration, dass eine vorbestimmte Strommenge im Nebenschluss geleitet wird, bevor SCRs in beide Richtungen zwischen den Knoten mit unterschiedlichem Potential getriggert werden, was einen Schutz vor Strömen beider Polaritäten bietet. Die Sternkonfiguration implementiert dies auf kompakte Weise. Jede aktive Klemmschaltung 120 in der Sternkonfiguration kann genutzt werden, um SCR-Vorrichtungen in mehr als einem ESD-Pfad zu aktivieren. Die bidirektionalen SCRs 110, die in einer V-Konfiguration oder Delta-Konfiguration (siehe oben, 1) angeordnet sind, bieten eine kompakte Möglichkeit, einen Schutz vor Verpolung zu erreichen.
3 ist eine schematische Darstellung eines Netzwerks 300, das die ESD-Schutzschaltung 100 gemäß einigen Ausführungsformen enthält. Ein Kommunikationsknoten 302 ist mit einer ersten Signalleitung 310 und einer zweiten Signalleitung 320 gekoppelt. Die erste Signalleitung 310 und die zweite Signalleitung 320 sind durch einen effektiven Widerstand 330 mit einem hohen Widerstandswert wie etwa einem Widerstandswert in einem Bereich von 20 Ω bis 200 Ω getrennt. In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Netzwerk 300 um ein CAN, handelt es sich bei dem Kommunikationsknoten 302 um einen CAN-Knoten, der einen mit einem CAN-Controller gekoppelten CAN-Transceiver enthält, handelt es sich bei der ersten Signalleitung 310 um eine CANH-Leitung, handelt es sich bei der zweiten Signalleitung um eine CANL-Leitung und handelt es sich bei dem Widerstand 330 um einen CAN-Bus-Abschlusswiderstand (z. B. 120 Ω). Jedoch kann das Netzwerk 300 jedes beliebige geeignete Netzwerk, z. B. ein LIN, sein.
Die ESD-Schutzschaltung 100 ist mit der ersten Signalleitung 310, der zweiten Signalleitung 320 und einem Stromversorgungsknoten (z. B. Masse) gekoppelt. Als solche bietet die ESD-Schutzschaltung 100 Schutz für den Kommunikationsknoten 302 vor einer Schädigung aufgrund von ESD-Ereignissen zwischen jedem beliebigen Element der ersten Signalleitung 310, der zweiten Signalleitung 320 und der Masse.
Um die Robustheit gegen einen Latch-up der ESD-Schutzschaltung 100 bereitzustellen, kann es vorteilhaft sein, einen Trigger-Strom von mehr als 150 mA oder bis zu 1,4 A zu haben. In einigen Ausführungsformen ist das eine ESD-Schutzschaltung 100 enthaltende Netzwerk 300 ein CAN-Bussystem in einem Automobil, das bis zu 20 Kommunikationsknoten 302 enthält, die auf derselben CAN-Busstruktur kommunizieren. Kurzschluss-Fehlfunktionen des CAN-Bussystems, bei denen die CANH- oder CANL-Leitung(en) mit der Autobatterie kurzgeschlossen wird(werden), können über eine elektrische Potentialdifferenz von beispielsweise bis zu 18 V auftreten. Der Kurzschluss mit der Batterie kann über eine Verbindung mit einer parasitären Leitungsinduktivität in einem Bereich von 20 µH bis 40 µH erfolgen. Während des Setzens eines Bestätigungs-Bits ist der Strom in der parasitären Leitungsinduktivität die Summe des Kurschlussstroms all der Transceiver das CAN-Bussystems. Beispielsweise würde in einem CAN-Bussystem mit 16 Knoten und 85 mA pro Knoten der Gesamtstrom 1,38 A betragen. Während eines Übergangs von einem dominanten zu einem rezessiven Bus-Logikzustand wird die in der parasitären Induktivität gespeicherte Energie dann in den ESD-Strukturen von jedem der Transceiver dissipiert bzw. abgeleitet. Die verschiedenen Transceiver können jedoch von verschiedenen Herstellern stammen und unterschiedliche IV-Charakteristiken aufweisen. Die Annahme für den ungünstigsten Fall ist, dass ein Knoten eine niedrige Durchbruchspannung hat, während die anderen Knoten hohe Durchbruchspannungen aufweisen, so dass eine gesamte Kurzschlussstromspitze nur in eine ESD-Klemme eines Knotens auf dem Bus gezwungen werden kann (da welcher Knoten auch immer bei der niedrigsten Spannung auslöst bzw. triggert, dieser den gesamten Strom aufnimmt). Daher sollte die ESD-Klemme vorteilhafterweise imstande sein, diese Energiedissipation entweder vor oder nach dem Triggern eines Snapback zu bewältigen.
Eine typische Situation bei einer integrierten Schaltung eines Knotens (wie etwa im Fall einer Leitung vor einem Snapback) kann bei 50 V für einen Peak-Strom von 1 A vorliegen, der nach 1,6 µs abklingt, was zu einer Energiedissipation von 40 µJ führt. Somit kann es für eine ESD-Schutzschaltung vorteilhaft sein, eine größere Haltespannung V_h größer als eine Versorgungs- oder Signalspannung V_cc von z. B. 7 B oder eine größere Haltespannung V_h als eine Spannung V_CMR im Bereich des gemeinsamen Modus bzw. Gleichtaktmodus-Bereich (wie sie etwa in CAN-Anwendungen genutzt wird) von z. B. 13,5 V aufzuweisen. Ausführungsformen dieser Offenbarung stellen eine Haltespannung V_h von zumindest 18 V bereit, die einen Spielraum über die Versorgungs- oder Signalspannung V_CC und die Spannung V_CMR im Gleichtaktmodus-Bereich aufweist.
4 veranschaulicht eine ESD-Schutzschaltung 400 gemäß einigen Ausführungsformen. Wie dargestellt ist, stellt die ESD-Schutzschaltung 400 eine Möglichkeit dar, die ESD-Schutzschaltung 100 (siehe oben, 1) zu implementieren. Jede der aktiven Klemmschaltungen 120 weist einen jeweiligen Transistor 122 (z. B. einen MOS-Trigger-Transistor, einen Nebenschluss- bzw. Shunt-Transistor oder eine Kombination davon) auf. Wie veranschaulicht ist, umfasst jeder der bidirektionalen SCRs 110 einen ersten Transistor 112, einen zweiten Transistor 114, einen dritten Transistor 116, einen ersten Basis-Emitter-Widerstand 111 und einen zweiten Basis-Emitter-Widerstand 117. Der erste Basis-Emitter-Widerstand 111 ist zwischen der Basis des ersten Transistors 112 und dem Emitter des ersten Transistor 112 gekoppelt, und der zweite Basis-Emitter-Widerstand 117 ist zwischen der Basis des dritten Transistors 116 und dem Emitter des dritten Transistors 116 gekoppelt.
In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem ersten Transistor 112 und dem dritten Transistor 116 um NPN-Transistoren und handelt es sich bei dem zweiten Transistor 114 um einen PNP-Transistor. In anderen Ausführungsformen sind jedoch die Polaritäten der Dotierstoffe der SCRs umgekehrt, so dass der erste Transistor 112 und der dritte Transistor 116 PNP-Transistoren sind und der zweite Transistor 114 ein NPN-Transistor ist. Jede beliebige Ausführungsform dieser Offenbarung hat eine entsprechende Ausführungsform mit derselben Struktur, aber mit den umgekehrten Polaritäten der verschiedenen p-dotierten und n-dotierten Komponenten.
Wie in 4 veranschaulicht ist, werden die bidirektionalen SCRs 110 durch einen Trigger-Strom getriggert, der von den aktiven Klemmschaltungen 120 den Basen der ersten Transistoren 112 und der dritten Transistoren 116 bereitgestellt wird, die p-dotierte Gebiete in Ausführungsformen sein können, in denen der erste Transistor 112 und der dritte Transistor 116 NPN-Transistoren sind. In einigen Ausführungsformen sind die aktiven Klemmschaltungen 120 mit jeweiligen p-dotierten Tap-Gebieten (siehe unten, 12A) der ersten Transistoren 112 und der dritten Transistoren 116 gekoppelt, um Trigger-Ströme in die bidirektionalen SCRs 110 zu injizieren. Auf diesen Modus zum Triggern wird auch als p-Tap-Triggern verwiesen.
5 veranschaulicht eine ESD-Schutzschaltung 500 gemäß einigen Ausführungsformen. Wie dargestellt ist, bietet die schematische Darstellung der ESD-Schutzschaltung 500 eine detailliertere Darstellung für die Möglichkeit, die ESD-Schutzschaltung 400 zu implementieren, die Details aktiver Klemmschaltungen 520 (welche die weniger detaillierten aktiven Klemmschaltungen 120 von 4 ersetzen) zeigt. Die Kopplungen der aktiven Klemmschaltungen 520 mit dem Sternknoten 150 und mit den bidirektionalen SCRs 110 sind die gleichen wie die Kopplungen der aktiven Klemmschaltungen 120 mit dem Sternknoten 150 und mit den bidirektionalen SCRs 110, die in 4 dargestellt sind, und Details werden hierin nicht wiederholt.
Jede aktive Klemmschaltung 520 umfasst einen Trigger-Transistor 522 (auf den auch als TrigMOS verwiesen wird), einen Shunt-Transistor 524 (auf den auch als großer Shunt-MOS-Transistor oder BigMOS verwiesen wird), eine Zener-Diodenkette 526 und einen Widerstand 528. Während eines ESD-Ereignisses beginnt die Zener-Diodenkette 526 oberhalb einer Schwellenspannung V_on zu leiten. Ein Strom über den Widerstand 528, der einen Widerstandswert im Bereich von 0,1 kΩ bis 100 kΩ, wie etwa 10 kΩ, aufweisen kann, stellt sowohl dem großen Shunt-Transistor 524 als auch dem kleineren Trigger-Transistor 522 eine Gate-Vorspannung bereit. Eine Body-Diode des Shunt-Transistors 524 zwischen dessen Drain und Source ist in gestrichelten Linien veranschaulicht. Eine optionale Begrenzerdiode 530 zwischen einem Gate und einer Source des Shunt-Transistors 524 begrenzt die Gate-Source-Spannung auf sichere Pegel, um in vorteilhafter Weise eine größere Gate-Ansteuerung ohne Schädigung der MOS-Vorrichtungen zu ermöglichen. Der Strom über die aktive Klemmung 520 wird über den Sternknoten 150 von einer anderen aktiven Klemmung bereitgestellt, die als Vorwärts- bzw. Durchlass-Body-Diode in dieser umgekehrten Richtung (mit anderen Worten umgekehrt zu ihrem Trigger-Betriebsmodus) über den Sternknoten 150 fungiert. Der Trigger-Strom des Trigger-Transistors 522 wird dann in das Basis-Gebiet des jeweiligen ersten Transistors 112 oder des zweiten Transistors 116 des bidirektionalen SCR 110 eingespeist. In einigen Ausführungsformen, in denen der Trigger-Strom in p-dotierte Tap-Gebiete des bidirektionalen SCR 110 injiziert wird, handelt es sich bei dem Trigger-Transistor 522 um einen NMOS-Pull-Up-Transistor.
Übersteigt einmal die Basis-Emitter-Spannung des jeweiligen ersten Transistors 112 oder zweiten Transistors 116 eine Schwellenspannung (z. B. eine Spannung von etwa 0,7 V), schaltet sich der bidirektionale SCR 110 direkt zwischen zwei der drei Knoten 102, 104 und 106 ein und fungiert als das Haupt-ESD-Shunt-Element. Der intrinsische Trigger-Strom des bidirektionalen SCR 110, der Shunt-Strom durch die Basis-Emitter-Widerstände 111 und 117 (siehe oben, 4) und das Größenverhältnis des Trigger-Transistors 522 gegenüber dem Shunt-Transistor 524 bestimmen den gesamten Trigger-Strom I_t1, der zwischen zwei der drei Knoten 102, 104 und 106 effektiv beobachtbar ist.
Die effektive Gate-Source-Vorspannung des Trigger-Transistors 522 kann aufgrund einer Basis-Emitter-Reihendiode in dem ersten Transistor 112 oder dem zweiten Transistor 116 (z. B. einem NPN) des bidirektionalen SCR 110 niedriger sein als die Gate-Source-Spannung V_GS des Shunt-Transistors 524. Jedoch können als MOS-Vorrichtungen genutzte, lateral diffundierte Metalloxid-Halbleiter-(LDMOS-)Vorrichtungen eine hohe Gate-Vorspannung während eines ESD-Ereignisses empfangen (z. B. die Begrenzerdiode 530, die eine Spannungsbegrenzung in einem Bereich von 6 V bis 8 V vorsieht), so dass der Verlust der Gate-Source-Spannung V_GS aufgrund einer NPN-Basis-Emitter-Spannung V_BE von z. B. etwa 0,7 V vernachlässigbar ist.
6 veranschaulicht eine ESD-Schutzschaltung 600 gemäß einigen Ausführungsformen. Während die ESD-Schutzschaltungen 400 und 500 (siehe oben, 4 - 5) das Triggern durch Strominjektion in die äußeren Transistoren (z. B. NPN-Transistoren) der bidirektionalen SCRs 110 durchführen, schließt die ESD-Schutzschaltung 600 das Triggern der bidirektionalen SCRs 110 mittels aktiver Klemmschaltungen 620 durch die zentralen zweiten Transistoren 114 (z. B. PNP-Transistoren), wie etwa durch zentrale n-Gebiete der zweiten Transistoren 114, ein. Auf diesen Trigger-Modus wird auch als n-Tap-Triggern verwiesen.
Die aktiven Klemmschaltungen 620 sind mit dem Zusatz von Entkopplungsdioden 630 den aktiven Klemmschaltungen 520 (siehe oben, 5) ähnlich. Jeweilige Body-Dioden eines Trigger-Transistors 622 und des Shunt-Transistors 524 zwischen ihren jeweiligen Drains und Sources sind in gestrichelten Linien veranschaulicht. Die Entkopplungsdioden 630 sind zwischen dem Trigger-Transistor 622 und den bidirektionalen SCRs 110 enthalten, um einen Nebenschluss des Trigger-Stroms durch die Body-Diode des jeweiligen Trigger-Transistors 622 in der komplementären, antiseriellen aktiven Klemmschaltung 620 zu vermeiden. Diese Entkopplungsdioden 630 können klein sein, wie etwa mit Durchbruchspannungen in Sperrrichtung in einem Bereich von 4 V bis 140 V. Die Entkopplungsdioden 630 können aus dem gleichen Typ von spannungsfesten MOS-Transistoren bestehen, wie sie in den aktiven Klemmschaltungen 520 verwendet werden, wobei der MOS-Transistor das Gate aufweist, das mit der Source verbunden ist, so dass die Body-Diode effektiv genutzt wird. Aufgrund des n-Tap-Triggerns kann der Trigger-Transistor 622 ohne jeglichen Verlust der Gate-Source-Spannung V_GS vom NMOS-Pull-Down-Typ sein. Mit anderen Worten können die jeweiligen Sources der MOS-Transistoren 524 und 622 jeweils mit einem der Knoten 102, 104 oder 106 verbunden sein.
Obgleich die 4 - 5 und 7-11 Ausführungsformen von ESD-Schutzschaltungen mit p-Tap-Triggern veranschaulichen, sollte es sich verstehen, dass das n-Tap-Triggern, wie in 6 veranschaulicht und in Bezug darauf beschrieben, in jeder beliebigen der mittels der 4 - 5 und 7 - 11 veranschaulichten Ausführungsformen implementiert werden kann.
7 veranschaulicht eine ESD-Schutzschaltung 700 mit gestapelten bidirektionalen SCRs zwischen jedem Knotenpaar gemäß einigen Ausführungsformen. In Fällen, in denen eine einzelne SCR-Stufe eine gewünschte Haltespannung nicht erfüllt, kann eine zusätzliche Haltespannungsabstimmung bewerkstelligt werden, indem SCR-Stufen gestapelt werden, um zwei (oder mehr) SCRs zwischen Paaren der Knoten 102, 104 und 106 einzubeziehen. Im Beispiel von 7 umfasst die ESD-Schutzschaltung 700 einen ersten SCR-Stapel 710, der entlang einem Leitungspfad zwischen dem ersten Knoten 102 und dem zweiten Knoten 104 gekoppelt ist, und einen zweiten SCR-Stapel 710, der entlang einem Leitungspfad zwischen dem zweiten Knoten 104 und dem dritten Knoten 106 gekoppelt ist. In einigen Ausführungsformen ist ein dritter SCR-Stapel 710 entlang einem Leitungspfad zwischen dem ersten Knoten 102 und dem dritten Knoten 106 gekoppelt. Wie veranschaulicht ist, umfasst jeder SCR-Stapel 710 ein Paar bidirektionale SCRs in Reihenschaltung. In anderen Ausführungsformen ist jedoch einer oder sind mehrere der SCR-Stapel 710 durch einen einzigen bidirektionalen SCR ersetzt. Einer oder mehrere der SCR-Stapel 710 können auch eine beliebige geeignete Anzahl bidirektionaler SCRs, wie etwa drei oder mehr, enthalten.
Im Beispiel von 7 sind die SCR-Stapel 710 der ESD-Schutzschaltung 700 voll-getriggerte SCR-Stapel derart, dass beide bidirektionalen SCRs jedes SCR-Stapels 710 ein Trigger-Signal empfangen. Um die Trigger-Anschlüsse (worauf auch als Steuerungsanschlüsse verwiesen wird) zu trennen, enthalten die aktiven Klemmschaltungen 720 der ESD-Schutzschaltung 700 parallele Trigger-Transistoren 522, von denen jeder mit Trigger-Anschlüssen des SCR-Stapels 710 gekoppelt ist. Die aktiven Klemmschaltungen 720 stellen jeweiligen SCR-Stapeln 710 an Trigger-Anschlüssen TA11, TA12, TA21, TA22, TB11, TB12, TB21, TB22, TC11, TC12, TC21 und TC22 Trigger bzw. Trigger-Signale bereit.
Eine auf PMOS-Pull-Up basierende Trigger-Schaltung kann genutzt werden, da ein Verlust der Gate-Source-Spannung V_GS dazu führen könnte, dass beispielsweise eine obere SCR-Stufe (z. B. ein einzelner bidirektionaler SCR) eines SCR-Stapels 710 aufgrund der Haltespannung der unteren SCR-Stufe nicht auslöst bzw. nicht triggert. Dies könnte die Spannungen an internen Knoten A, B und C zwischen den SCR-Stufen jedes SCR-Stapels 710 anheben. Jede aktive Klemmschaltung 720 ist mit dem Zusatz eines zweiten Trigger-Transistors 522, eines jeweiligen Trigger-Puffers 724 und eines jeweiligen Trigger-Verstärkers 726, bei denen es sich um geeignete MOS-Vorrichtungen handeln kann, den aktiven Klemmschaltungen 520 (siehe oben, 5) ähnlich. Ein Strom über einen ersten Widerstand 528 stellt eine Gate-Vorspannung den beiden parallelen Trigger-Transistoren 522 bereit, ein Strom über einen zweiten Widerstand 728 stellt eine Gate-Vorspannung dem Shunt-Transistor 524 und dem Trigger-Puffer 724 bereit, und ein Strom über einen dritten Widerstand 732 stellt eine Gate-Vorspannung dem Trigger-Verstärker 726 bereit.
8 veranschaulicht eine ESD-Schutzschaltung 800 gemäß einigen Ausführungsformen. Die ESD-Schutzschaltung 800 ist eine vereinfachte Version der ESD-Schutzschaltung 700 mit gestapelten bidirektionalen SCRs, aber mit nur einem SCR (jeweils) in jedem SCR-Stapel 710, der einen Trigger bzw. ein Trigger-Signal von einer aktiven Klemmschaltung 120 empfängt. (Obwohl nicht veranschaulicht, können beide SCRs in jedem SCR-Stapel Trigger-Verbindungen aufweisen; aber nur jeweils ein SCR empfängt ein Trigger-Signal.). Der andere SCR in jedem SCR-Stapel 710 kann durch einen Lawinendurchbruch eines Übergangs zwischen einem p-Wannengebiet und einem umgebenden n-dotierten Gebiet (siehe unten, 12A) getriggert werden. Die ESD-Schutzschaltung 800 kann arbeiten, wenn eine beabsichtigte bzw. bestimmte Trigger-Spannung V_t1 eines gesamten SCR-Stapels 710 höher ist als eine Lawinen-Durchbruchspannung V_BD eines einzelnen SCR, aber geringer als das Doppelte der Lawinendurchbruchspannung V_BD ist. Mit anderen Worten wird, wenn ein erster SCR in einem SCR-Stapel 710 durch eine aktive Klemmschaltung 120 getriggert wird, die verbleibende Spannung über den anderen SCR im SCR-Stapel 710 noch hoch genug sein, um ein Triggern durch Lawinendurchbruch zu bewirken.
9 veranschaulicht eine ESD-Schutzschaltung 900 mit drei bidirektionalen SCRs 110, die in einem Y-förmigen Netzwerk wie die aktiven Klemmschaltungen 120 angeordnet sind, gemäß einigen Ausführungsformen. In der ESD-Schutzschaltung 900 (worauf auch als eine Stern-/Stern-Konfiguration verwiesen wird) ist jeder bidirektionale SCR 110 zwischen einem zentralen Knoten 950 und einem des ersten Knotens 102, des zweiten Knotens 104 und des dritten Knotens 106 gekoppelt. Dies bildet drei jeweilige leitfähige Pfade zwischen jedem Paar des ersten Knotens 102, des zweiten Knotens 104 und des dritten Knotens 106, von denen jeder leitfähige Pfad durch den zentralen Knoten 950 und zwei der bidirektionalen SCRs 110 verläuft. Dies ist analog zur Anordnung der aktiven Klemmschaltungen 120 zwischen dem Sternknoten 150 und einem des ersten Knotens 102, des zweiten Knotens 104 und des dritten Knotens 106. Die Anordnung der ESD-Schutzschaltung 900 ermöglicht die Nutzung von zwei gestapelten bidirektionalen SCRs 110 zwischen jedem Paar des ersten Knotens 102, des zweiten Knotens 104 und des dritten Knotens 106, während weniger Layout-Fläche als die gestapelten SCRs der Schutzschaltungen 700 und 800 genutzt wird.
10 und 11 zeigen Ausführungsformen einer Mehrweg-ESD-Klemmung mit Gleichrichterdioden, die einen ESD-Bus versorgen. Dies ermöglicht die Nutzung von weniger Vorrichtungen (wie etwas SCRs und aktiven Klemmungen) mit einem möglichen Kompromiss, dass mehr Layout-Raum und Verdrahtungsaufwand in Anspruch genommen werden.
10 veranschaulicht eine ESD-Schutzschaltung 1000, die eine aktive Klemmschaltung 520 und einen SCR enthält, gemäß einigen Ausführungsformen. Im veranschaulichen Beispiel ist der SCR ein bidirektionaler SCR 110; jedoch ist in einigen Ausführungsformen der SCR ein unidirektionaler SCR, da der SCR in nur einer Polarität bzw. Polung genutzt wird. Ein ESD-Bus (der einen negativen ESD-Bus 1010 und einen positiven ESD-Bus 1016 umfasst) koppelt die aktive Klemmschaltung 520 und den SCR mit jedem des ersten Knotens 102, des zweiten Knotens 104 und des dritten Knotens 106. Der negative ESD-Bus 1010 ist über eine jeweilige Gleichrichterdiode 1012 mit jedem des ersten Knotens 102, des zweiten Knotens 104 und des dritten Knotens 106 gekoppelt, und der positive ESD-Bus 1016 ist über eine jeweilige Gleichrichterdiode 1022 mit jedem des ersten Knotens 102, des zweiten Knotens 104 und des dritten Knotens 106 gekoppelt. Wenn ein ESD-Ereignis eintritt, leiten die Gleichrichterdioden den gesamten ESD-Strom zur aktiven Klemmschaltung 520, die dann den SCR (z. B. den bidirektionalen SCR 110) triggert, um den ESD-Strom zu leiten, wenn ein Trigger-Strom I_t1 und eine Trigger-Spannung V_t1 erreicht werden, wie oben in Bezug auf 2 beschrieben wurde.
11 veranschaulicht eine ESD-Schutzschaltung 1100, die eine aktive Klemmschaltung 1020 und drei bidirektionale SCRs 110 enthält, gemäß einigen Ausführungsformen. Ein erster bidirektionaler SCR 110 ist zwischen dem ersten Knoten 102 und dem zweiten Knoten 104 gekoppelt und bildet einen ersten Leitungspfad zwischen ihnen, ein zweiter bidirektionaler SCR 110 ist zwischen dem zweiten Knoten 104 und dem dritten Knoten 106 gekoppelt und bildet einen zweiten Leitungspfad zwischen ihnen, und ein dritter bidirektionaler SCR 110 ist zwischen dem ersten Knoten 102 und dem dritten Knoten 106 vorhanden und bildet einen dritten Leitungspfad zwischen ihnen.
Die aktive Klemmschaltung 1020 ist über einen ESD-Bus (der einen negativen ESD-Bus 1010 und einen positiven ESD-Bus 1016 umfasst) mit jedem des ersten Knotens 102, des zweiten Knotens 104 und des dritten Knotens 106 gekoppelt. Die aktive Klemmschaltung 1020 ist der aktiven Klemmschaltung 520 (siehe oben, 5) ähnlich, weist aber drei parallele Trigger-Transistoren 522 auf, um jeden der drei bidirektionalen SCRs zu triggern. Der negative ESD-Bus 1010 ist über eine jeweilige Gleichrichterdiode 1012 mit jedem des ersten Knotens 102, des zweiten Knotens 104 und des dritten Knotens 106 gekoppelt, und der positive ESD-Bus 1016 ist über eine jeweilige Gleichrichterdiode 1022 mit jedem des ersten Knotens 102, des zweiten Knotens 104 und des dritten Knotens 106 gekoppelt. Im Gegensatz zur ESD-Schutzschaltung 1000 (siehe oben, 10) können die Gleichrichterdioden der ESD-Schutzschaltung 1100 nur den ESD-Strom zur aktiven Klemmschaltung 1020 leiten, da die Leitungspfade durch die drei bidirektionalen SCRs 110 vom ESD-Bus getrennt sind. Da der ESD-Strom für die aktive Klemmschaltung 1020 ein Bruchteil des gesamten ESD-Stroms ist, können die Gleichrichterdioden der ESD-Schutzschaltung 1100 viel kleiner sein als die Gleichrichterdioden der ESD-Schutzschaltung 1000 und kann auch der Verdrahtungsaufwand geringer sein. Außerdem kann es keinen Verlust in der Gate-Source-Spannung V_GS geben, da der Source-Strom des Shunt-Transistors 524 über eine der Gleichrichterdioden 1012 oder 1022 geleitet wird, während der Strom von jedem der Trigger-Transistoren 522 über eine Basis-Emitter-Diode eines jeweiligen bidirektionalen SCR 110 geleitet wird.
Sowohl die ESD-Schutzschaltung 1000 als auch die ESD-Schutzschaltung 1100 weisen in beiden Ausführungsformen aufgrund der Verwendung von Gleichrichterdioden eine vorteilhafte niedrige kapazitive Belastung der ESD-Busleitungen auf. Dies kann man darauf zurückführen, dass jegliche andere ESD-Schaltungsanordnung (z. B. MOS-Vorrichtungen mit ihren verhältnismäßig großen parasitären Kapazitäten) nach diesen Gleichrichterdioden (mit ihren verhältnismäßig geringen parasitären Kapazitäten) in Reihenschaltung gekoppelt sind.
12A, 12B, 12C und 13 - 18 veranschaulichen verschiedene Querschnittsansichten und Draufsichten von Strukturen mit bidirektionalen SCRs gemäß einigen Ausführungsformen. Die bidirektionalen SCRs der 12A, 12B, 12C und 13 - 18 können in beliebigen geeigneten Kombinationen in den oben in 4 - 11 veranschaulichten ESD-Schutzschaltungen verwendet werden.
12A veranschaulicht einen Querschnitt eines bidirektionalen SCR 1200, der in beispielsweise einem Bulk-CMOS-Prozess hergestellt werden kann. Der bidirektionale SCR 1200 kann als bidirektionaler SCR 110 in den Ausführungsformen von jeder der 1 und 4 - 11 verwendet werden. Wie in 12A dargestellt ist, wird der bidirektionale SCR 1200 von einem ersten p-Wannengebiet 1204 und einem zweiten p-Wannengebiet 1204 (worauf auch als Wannengebiete verwiesen wird) gebildet, die in einem n-dotierten Gebiet 1202 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen sind das erste p-Wannengebiet 1204 und das zweite p-Wannengebiet 1204 durch einen ersten Abstand D1 in einem Bereich von 0,5 µm bis 10 µm getrennt.
Ein erstes Anodengebiet 1206 vom p-Typ und ein erstes Kathodengebiet 1208 vom n-Typ (worauf auch als Elektrodengebiete oder Diffusionsgebiete verwiesen wird) sind im ersten p-Wannengebiet 1204 angeordnet, und ein zweites Anodengebiet 1206 vom p-Typ und ein zweites Kathodengebiet 1208 vom n-Typ sind im zweiten p-Wannengebiet 1204 angeordnet. In einigen Ausführungsformen liegt das erste Kathodengebiet 1208 vom n-Typ zwischen dem ersten Anodengebiet 1206 vom p-Typ und dem zweiten p-Wannengebiet 1204 und liegt das zweite Kathodengebiet 1208 vom n-Typ zwischen dem zweiten Anodengebiet 1206 vom p-Typ und dem ersten p-Wannengebiet 1204. Das erste Kathodengebiet 1208 vom n-Typ kann von einem Rand des ersten p-Wannengebiets 1204, der dem zweiten p-Wannengebiet 1204 am nächsten gelegen ist, durch einen zweiten Abstand D2 in einem Bereich von 0,3 µm bis 5,0 µm getrennt sein. Das erste Anodengebiet 1206 vom p-Typ und das erste Kathodengebiet 1208 vom n-Typ können durch einen Abstand D3 in einem Bereich von 0,1 µm bis 1,0 µm getrennt sein. Die Anodengebiete 1206 vom p-Typ können höhere Konzentrationen eines Dotierstoffs vom p-Typ als die p-Wannengebiete 1204 aufweisen, und die Kathodengebiete 1208 vom n-Typ können höhere Dotierungskonzentrationen als die p-Wannengebiete 1204 aufweisen.
Ein erstes p-dotiertes Tap-Gebiet 1210 (worauf auch als Abgriff- bzw. Tap-Gebiet oder p-Tap verwiesen wird) ist im ersten p-Wannengebiet 1204 angeordnet, und ein zweites p-dotiertes Tap-Gebiet 1210 (worauf ebenfalls als Tap-Gebiet oder p-Tap verwiesen wird) ist im zweiten p-Wannengebiet 1204 angeordnet. Die p-dotierten Tap-Gebiete 1208 können zur Injektion eines Trigger-Stroms und zur Steuerung der Haltespannung genutzt werden. In verschiedenen Ausführungsformen weisen die p-dotierten Tap-Gebiete 1210 höhere Konzentrationen eines Dotierstoffs vom p-Typ als die p-Wannengebiete 1204 auf. Eine longitudinale Seitenwand des ersten p-dotierten Tap-Gebiets 1210 kann mit einer longitudinalen Seitenwand des ersten p-Wannengebiets 1204 ausgerichtet sein, und eine longitudinale Seitenwand des zweiten p-dotierten Tap-Gebiets 1210 kann mit einer longitudinalen Seitenwand des zweiten p-Wannengebiets 1204 ausgerichtet sein. In einigen Ausführungsformen hat das erste p-dotierte Tap-Gebiet 1210 eine erste Breite W1 in einem Bereich von 0,1 µm bis 4,0 µm.
In einigen Ausführungsformen ist ein erstes n-Wannengebiet 1220 im n-dotierten Gebiet 1202 zwischen dem ersten p-Wannengebiet 1204 und dem zweiten p-Wannengebiet 1204 angeordnet. Das erste n-Wannengebiet 1220 hat eine höhere Konzentration eines Dotierstoffs vom n-Typ als das n-dotierte Gebiet 1202. Das erste n-Wannengebiet 1220 kann eine erste Breite W2 in einem Bereich von 0,5 µm bis 5,0 µm aufweisen.
Zum Zwecke der Veranschaulichung ist 12A mit einer Anmerkung bzw. Ergänzung versehen, um einen repräsentativen bidirektionalen SCR 110 (siehe oben, 4) dem Halbleiter-Querschnitt überlagert darzustellen. Somit kann man sehen, dass die dotierten Gebiete der Halbleiterstruktur verschiedene Transistoren bilden. Das erste Kathodengebiet 1208 vom n-Typ, das erste p-Wannengebiet 1204 und das n-dotierte Gebiet 1202 bilden den ersten Transistor 112. In einigen Ausführungsformen weist der erste Transistor 112 ferner das erste p-dotierte Tap-Gebiet 1210 auf. Das erste p-Wannengebiet 1204, das n-dotierte Gebiet 1202 und das zweite p-Wannengebiet 1204 bilden den zweiten Transistor 114. In einigen Ausführungsformen weist der zweite Transistor 114 ferner das erste n-Wannengebiet 1220 (falls vorhanden) auf. Das zweite Kathodengebiet 1208 vom n-Typ, das zweite p-Wannengebiet 1204 und das n-dotierte Gebiet 1202 bilden den dritten Transistor 116. In einigen Ausführungsformen weist der erste Transistor 112 ferner das zweite p-dotierte Tap-Gebiet 1210 auf. Der Wannenwiderstand des ersten p-Wannengebiets 1204 wird durch den Widerstand 1211 repräsentiert, und der Wannenwiderstand des zweiten p-Wannengebiets 1204 wird durch den Widerstand 1217 repräsentiert.
In einigen Ausführungsformen handelt es sich bei dem ersten Transistor 112 und dem dritten Transistor 116 um NPN-Transistoren und handelt es sich bei dem zweiten Transistor 114 um einen PNP-Transistor. Jedoch sind in anderen Ausführungsformen die Polaritäten der Dotierstoffe des bidirektionalen SCR 1200 umgekehrt, sodass es sich bei dem ersten Transistor 112 und dem dritten Transistor 116 um PNP-Transistoren handelt und bei dem zweiten Transistor 114 um einen NPN-Transistor handelt.
Ein Anschluss 1232 kann mit einem hohen Potential (z. B. einer Signalleitung oder einem Versorgungspotential wie etwa dem ersten Knoten 102; siehe oben, 1) gekoppelt sein, und ein Anschluss 1234 kann mit einem niedrigen Potential (z. B. einem Stromversorgungsknoten oder einer Masse wie etwa dem zweiten Knoten 104; siehe oben, 1) gekoppelt sein. Der Anschluss 1232 ist mit dem ersten Anodengebiet 1206 vom p-Typ und dem ersten Kathodengebiet 1208 vom n-Typ gekoppelt, und der Anschluss 1234 ist mit dem zweiten Anodengebiet 1206 vom p-Typ und dem zweiten Kathodengebiet 1208 vom n-Typ gekoppelt. Ferner ist der Anschluss 1232 über einen Widerstand 1241 mit einem Trigger-Anschluss 1242 gekoppelt und ist der Anschluss 1234 ferner über einen Widerstand 1247 mit einem Trigger-Anschluss 1244 gekoppelt. Die Widerstände 1241 und 1247 können z. B. externe parallele Widerstände sein.
Wenn ein ESD-Ereignis zwischen den Anschlüssen 1232 und 1234 eintritt, befindet sich der bidirektionale SCR 1200 in einem Aus-Zustand, bis er durch ein Trigger-Signal getriggert wird. Das Triggern des bidirektionalen SCR 1200 wird bewerkstelligt, indem ein (positiver) Basis-Emitterstrom in einen des ersten Transistors 112 oder des dritten Transistors 116 über Trigger-Anschlüsse 1242 und 1244 bereitgestellt wird, welche mit Trigger-Ausgängen (wie etwa von einer Trigger-Schaltung, einer aktiven Klemmschaltung oder dergleichen; siehe oben, 4) gekoppelt sein können. Eine Trigger-Stromquelle (z. B. eine aktive Klemmschaltung 120; siehe oben, 4) beginnt bei einem vorbestimmten Schwellenspannungspegel (Ein-Spannung V_on), der oberhalb der Versorgungsspannung V_supply und oberhalb der absoluten maximalen Nennspannung V_AMR liegt, Strom in den bidirektionalen SCR 1200 zu injizieren. Bei einem vorbestimmten Trigger-IV-Punkt (Trigger-Spannung V_t1, Trigger-Strom I_t1) triggert der bidirektionale SCR 1200 und springt die Spannung von der Trigger-Spannung V_t1 auf die Haltespannung V_h zurück. Der bidirektionale SCR 1200 stellt einen Entladungs-Nebenschlusspfad für sehr hohe Strompegel bereit.
In einem Beispiel, bei dem der Anschluss 1232 auf einem hohen Potential liegt und der Anschluss 1234 auf Masse liegt, wird der am Trigger-Anschluss 1244 injizierte Trigger-Strom den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 116 in Durchlassrichtung vorspannen. Ein regenerativer SCR-Mechanismus beginnt, wobei die gegenseitige Basis-Vorspannung der Basis des Transistors 114 herunter- bzw. auf einen niedrigen Wert gezogen wird und der Basis des Transistors 116 zusätzlich hoch- bzw. auf einen hohen Wert gezogen wird. Dadurch wird ein hoher ESD-Strom mit einem niederohmigen Pfad vom Anschluss 1232 über das erste Anodengebiet 1206 vom p-Typ und das erste p-Wannengebiet 1204 und weiter über die Struktur zum Anschluss 1234 bereitgestellt. Der Übergang vom ersten p-Wannengebiet 1204 zum n-dotierten Gebiet 1202 wirkt wie eine in Durchlassrichtung vorgespannte Diode und ist einem Pfad über den Widerstand 1211 und die Emitter-Basis des zweiten Transistors 112 äquivalent. Außerdem kann der Widerstandswert des Widerstands 1211 aufgrund des Effekts einer Leitfähigkeitsmodulation von der in Durchlassrichtung vorgespannten Diode des Übergangs des ersten p-Wannengebiets 1204 und des n-dotierten Gebiets 1202 in wünschenswerter Weise herabgesetzt werden. Ein großer Teil des ESD-Stroms kann die Struktur als Emitterstrom des Transistors 116 über das mit dem Anschluss 1234 gekoppelte zweite Kathodengebiet 1208 vom n-Typ verlassen. Ein kleinerer Teil des ESD-Stroms kann durch den Widerstand 1217 zum Anschluss 1234 fließen, und ein sehr geringer Teil des ESD-Stroms kann über den Widerstand 1247 zum Anschluss 1234 fließen.
Obgleich das obige Beispiel eines ESD-Ereignisses einen Strom beschreibt, der über den bidirektionalen SRC 1200 von einem Anschluss 1232 (auf einem hohen Potential) zu einem Anschluss 1234 (auf einem niedrigen Potential) fließt, ist der bidirektionale SCR 1200 symmetrisch und kann er mit einem Strom arbeiten, der in der entgegengesetzten Richtung fließt. Beispielsweise fließt bei einem ESD-Ereignis, bei dem der Anschluss 1232 auf einem niedrigen Potential liegt und der Anschluss 1234 auf einem hohen Potential liegt, Strom über den bidirektionalen SCR 1200 in der entgegengesetzten Richtung vom Anschluss 1234 zum Anschluss 1232.
Der regenerative SCR-Mechanismus des bidirektionalen SCR 1200 kann eine hohe Leitfähigkeit bei einem geringen Spannungsabfall zur Folge haben. Der von einer externen Trigger-Stromquelle (z. B. über den Trigger-Anschluss 1242) bereitgestellte anfängliche Trigger-Strom wird aufgrund des regenerativen Effekts innerhalb des SCR nicht länger benötigt, um die Leitung aufrechtzuerhalten. Da die Anschlussspannung am Anschluss 1232 durch den Snapback-Effekt gesenkt wird, kann die externe Trigger-Stromquelle nach dem Snapback-Effekt aufhören, Strom zu liefern, wird aber der bidirektionale SCR 1200 aufgrund des regenerativen Mechanismus in einer selbsterhaltenden Art und Weise weiterarbeiten.
In verschiedenen Ausführungsformen ist ein erstes p-dotiertes Tap-Gebiet 1210 lateral zwischen dem ersten Kathodengebiet 1208 vom n-Typ und dem n-dotierten Gebiet 1202 platziert und ist ein zweites p-Tap-Gebiet 1210 lateral zwischen dem zweiten Kathodengebiet 1208 vom n-Typ und dem n-dotierten Gebiet 1202 platziert. Mit anderen Worten ist das erste p-dotierte Tap-Gebiet 1210 nahe am Basis-Gebiet des ersten Transistors 112 platziert und reicht in dieses hinein und ist das zweite p-dotierte Tap-Gebiet 1210 nahe dem Basis-Gebiet des dritten Transistors 116 platziert und reicht in dieses hinein. Das erste p-dotierte Tap-Gebiet 1210 ist mit dem Trigger-Anschluss 1242 gekoppelt, und das zweite p-dotierte Tap-Gebiet 1210 ist mit dem Trigger-Anschluss 1244 gekoppelt. Auf die ersten und zweiten p-dotierten Tap-Gebiete 1210 wird auch als Taps mit Doppelfunktion verwiesen, da sie sowohl eine Trigger-Strominjektion als auch eine erhöhte Haltespannung bereitstellen. Die Trigger-Strominjektion zum Einschalten des ersten Transistors 112 (z. B. eines NPN) und des dritten Transistors 116 (z. B. eines anderen NPN) ist über die ersten und zweiten p-dotierten Tap-Gebiete 1210 an einer Stelle innerhalb des bidirektionalen SCR 1200 vorgesehen, an der die Injektion besonders effektiv sein kann. Eine erhöhte Haltespannung wird durch eine hohe lokale Basis-Dotierung der ersten und zweiten p-dotierten Tap-Gebiete 1210 bereitgestellt. Die hohe Dotierung der ersten und zweiten p-dotierten Tap-Gebiete 1210 kann als lokales Rekombinationszentrum für Minoritätsladungsträger (z. B. Elektronen) fungieren. Dies kann die effektiven bipolaren Verstärkungen des lateralen ersten Transistors 112 und dritten Transistors 116 reduzieren, was zu einer erhöhten Haltespannung führen kann.
Das erste n-Wannengebiet 1220, falls vorhanden, kann für eine Trigger-Strominjektion (siehe unten 15 - 16) konfiguriert sein. Das erste n-Wannengebiet 1220, das (falls vorhanden) Teil des lateralen zweiten Transistors 114 (z. B. eines PNP) ist, fungiert als lokales Rekombinationszentrum für Minoritätsladungsträger (z. B. Löcher), indem es eine erhöhte Konzentration eines Dotierstoffs vom n-Typ über dem n-dotierten Gebiet 1202 aufweist.
Der erste Transistor 112, der zweite Transistor 114 und der dritte Transistor 116 können vorwiegend als laterale Vorrichtungen arbeiten. Für eine verbesserte SCR-Leitung können die ersten und zweiten Anodengebiete 1206 vom p-Typ groß und über niedrige Widerstände mit den Anschlüssen 1232 bzw. 1234 gekoppelt sein. Die Größen der ersten und zweiten p-dotierten Tap-Gebiete 1210 können zur Einstellung der Haltespannung abgestimmt werden. Beispielsweise können größere Werte der ersten Breite W1 des ersten p-dotierten Tap-Gebiets 1210 und des zweiten Abstands D2 zwischen dem ersten Kathodengebiet 1208 vom n-Typ und einer Seitenwand des ersten p-Wannengebiets 1204 über das erste p-dotierte Tap-Gebiet 1210 zu einer Erhöhung der Haltespannung ohne Beeinträchtigung der Fähigkeit zur effizienten Trigger-Strominjektion durch das erste p-dotierte Tap-Gebiet 1210 führen. Die Struktur kann durch ihren allgemeinen Aufbau und durch ihre Kopplung mit den Anschlüssen 1232 und 1234 und den Trigger-Anschlüssen 1242 und 1244 im Prinzip symmetrisch sein. Die lateralen Abmessungen des bidirektionalen SCR 1200 können jedoch entsprechend unterschiedlichen elektrischen Parametern, die für einen Durchlass- und Sperrbetrieb erforderlich sind, unabhängig eingestellt werden.
Das Verringern des Abstands D3 zwischen dem ersten Anodengebiet 1206 vom p-Typ und dem ersten Kathodengebiet 1208 vom n-Typ kann aufgrund eines effektiveren Nebenschlusses zwischen Basis und Emitter innerhalb des lateralen ersten Transistors 112 (z. B. eines NPN) zu einer zusätzlichen Erhöhung der Haltespannung beitragen. Ein kleiner Wert des Abstands D3 allein kann jedoch kein effektiver Ersatz für das durch das erste p-dotierte Tap-Gebiet 1210 bereitgestellte Rekombinationszentrum sein. Außerdem kann das Vergrößern der Breite W2 des ersten n-Wannengebiets 1220 dabei helfen, die Haltespannung zu erhöhen, indem ein vergrößertes Rekombinationsgebiet und ein insgesamt größeres Basis-Gebiet des lateralen zweiten Transistors 114 (z. B. eines PNP) bereitgestellt wird.
Die Steuerung des Trigger-Stroms kann über die Widerstände 111 und 117 (siehe oben, 4) erreicht werden, auf die auch als Basis-Emitter-Widerstände R_BE oder Shunt-Widerstände verwiesen werden kann. Der Widerstand 111 umfasst einen vom Layout unabhängigen und von der Technologie unabhängigen Wannenwiderstand (den Widerstand 1211) parallel zu einem über die Ausgestaltung bzw. das Design gesteuerten externen Widerstand 1241, und der Widerstand 117 umfasst einen Wannenwiderstand (den Widerstand 1217) parallel zu einem über das Design gesteuerten externen Widerstand 1247. Die externen Widerstände 1241 und 1247 können dabei hilfreich sein, den Trigger-Strom zu erhöhen und dadurch die Robustheit der Schaltung gegen ein falsches dV/dt-Triggern von sehr schnellen ESD-Impulsen zu erhöhen.
12B - 12D veranschaulichen Draufsichten des bidirektionalen SCR 1200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. 12B zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform eines bidirektionalen SCR 1200, bei dem die Anodengebiete 1206 vom p-Typ, die Kathodengebiete 1208 vom n-Typ und die p-dotierten Tap-Gebiete 1210 longitudinal ausgerichtet sind. Die jeweiligen p-dotierten Tap-Gebiete 1210 in jedem p-Wannengebiet 1204 liegen einander am nächsten, wobei jedes Kathodengebiet 1208 vom n-Typ hinter jedem jeweiligen p-dotierten Tap-Gebiet 1210 liegt und jedes Anodengebiet 1206 vom p-Typ hinter jedem jeweiligen Kathodengebiet 1208 vom n-Typ liegt. Die p-dotierten Tap-Gebiete 1210 sind so platziert, um eine Trigger-Strominjektion zu ermöglichen und die Haltespannung zu erhöhen. Jedoch können andere jeweilige Ausführungsformen verwendet werden.
Beispielsweise zeigt 12C eine Draufsicht einer Ausführungsform eines bidirektionalen SCR 1200, bei dem die Anodengebiete 1206 vom p-Typ und die Kathodengebiete 1208 vom n-Typ longitudinal ausgerichtet sind, aber die p-dotierten Tap-Gebiete 1210 longitudinale Achsen senkrecht zu den Anodengebieten 1206 vom p-Typ und den Kathodengebieten 1208 vom n-Typ aufweisen. Mit diesen Positionen können die p-dotierten Tap-Gebiete 1210 eine Trigger-Strominjektion ermöglichen, während das erste n-Wannengebiet 1220, das zwischen den jeweiligen p-Wannengebieten 1204 liegt, eine erhöhte Haltespannung ermöglicht.
Als ein weiteres Beispiel zeigt 12D eine Draufsicht einer Ausführungsform eines bidirektionalen SCR 1200, bei dem die Formen und relativen Lagen der p-dotierten Wannengebiete 1204, der Anodengebiete 1206 vom p-Typ, der Kathodengebiete 1208 vom n-Typ und der p-dotierten Tap-Gebiete 1210 irregulär und willkürlich sind. Das erste n-Wannengebiet 1220 kann zwischen den p-Wannengebieten 1204 liegen, um die Haltespannung zu erhöhen, während die p-dotierten Tap-Gebiete 1210 eine Trigger-Strominjektion ermöglichen. Jede beliebige der Ausführungsformen des bidirektionalen SCR 1200, die in 12B - 12D veranschaulicht sind, können in geeigneter Weise als bidirektionale SCRs 110 in den Ausführungsformen der 1 und 3 - 11 verwendet werden.
13 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines bidirektionales SCR 1300 gemäß einigen Ausführungsformen. Wie dargestellt ist, ist der bidirektionale SCR 1300 eine detailliertere Darstellung einer Möglichkeit, um den bidirektionalen SCR 1200 (siehe oben 12A) zu implementieren. Der bidirektionale SCR 1300 kann als bidirektionaler SCR 110 in den Ausführungsformen von jeder beliebigen der 1 und 4 - 11 verwendet werden.
Eine n-vergrabene Schicht 1304 (engl.: n-buried layer) liegt über einem Substrat 1302 (z. B. einem p-dotierten Substrat). Das n-dotierte Gebiet 1202 ist (z. B. durch epitaktisches Wachstum) über der n-vergrabenen Schicht 1304 ausgebildet. Ein Gebiet 1306 zur Isolation mit tiefen Gräben (engl.: deep trench isolation; DTI) (z. B. ein ringförmiges Gebiet aus einem dielektrischen Material wie etwa Siliziumoxid oder dergleichen) umgibt das n-vergrabene Gebiet 1304 und das n-dotierte Gebiet 1202. Das DTI-Gebiet 1306 kann sich bis zum Substrat 1302 erstrecken, um eine vertikale Vorrichtungsisolation des n-dotierten Gebiets 1202 zu bewerkstelligen, und die n-vergrabene Schicht 1304 kann eine vertikale Vorrichtungsisolation der n-vergrabenen Schicht 1304 vom Substrat 1302 erreichen bzw. bewerkstelligen. In einigen Ausführungsformen weist das DTI-Gebiet 1306 zwei konzentrische Ringe mit einem mit hoch-p-dotiertem Polysilizium gefüllten Gebiet 1308 zwischen ihnen auf. Ein Gebiet 1324 zur Isolation mit flachen Gräben (engl. : shallow trench isolation; STI) kann obere Oberflächen des n-dotierten Gebiets 1202 und der ersten und zweiten p-Wannengebiete 1204 bedecken, wobei sich die verschiedenen Anodengebiete 1206 vom p-Typ, Kathodengebiete 1208 vom n-Typ, p-dotierten Tap-Gebiete 1210 und alle anderen Elektroden- oder Diffusionsgebiete durch das STI-Gebiet 1324 erstrecken, um eine elektrische Kopplung zu ermöglichen. Das zentrale erste n-Wannengebiet 1220 kann eine erhöhte Durchbruchspannung bereitstellen. In einigen Ausführungsformen hat die Struktur des bidirektionales SCR 1300 einen symmetrischen Aufbau. Jedoch können die tatsächlichen Abmessungen des bidirektionalen SCR 1300 unterschiedlich sein.
Feldplatten (z. B. Polysilizium aufweisend) können über der Struktur vorhanden sein, um einen möglichen Durchbruch von oberflächennahen Bereichen von Übergängen zwischen den p-Wannengebieten 1204 und dem n-dotierten Gebiet 1202 zu unterdrücken. Die Feldplatten können oberflächennahe Übergangsdurchbrüche unterdrücken, indem der Peak des elektrischen Feldes reduziert und tiefer in die Siliziumstruktur des bidirektionalen SCR 1300 gedrückt wird. Dies kann ermöglichen, dass eine höhere intrinsische Durchbruchspannung erreicht wird. In einigen Ausführungsformen liegt eine erste Feldplatte 1352 oberhalb des n-dotierten Gebiets 1202 und erstreckt sich über jeweilige Seitenwände des ersten p-Wannengebiets 1204 und des ersten n-Wannengebiets 1220 (falls vorhanden) und liegt eine zweite Feldplatte 1354 oberhalb des n-dotierten Gebiets 1202 und erstreckt sich über jeweilige Seitenwände des zweiten p-Wannengebiets 1204. Die erste Feldplatte 1352 kann mit dem Anschluss 1232 gekoppelt sein, und die zweite Feldplatte 1354 kann mit dem Anschluss 1234 gekoppelt sein. Die Feldplatten 1352 und 1354 können Ringformen aufweisen.
Tiefe Implantationsgebiete 1330 vom p-Typ können unter den p-Wannengebieten 1204, wie etwa an Grenzflächen zwischen den p-Wannengebieten 1204 und dem n-dotierten Gebiet 1202, vorhanden sein. Die tiefen Implantationsgebiete 1330 vom p-Typ können zum Unterdrücken der parasitären vertikalen Transistoren 1312 und 1316 (z. B. NPN-Transistoren) nützlich sein. Die durch die tiefen Implantationsgebiete 1330 vom p-Typ bewirkte reduzierte Trigger-Spannung kann durch vertiefte Ränder der tiefen Implantationsgebiete 1330 vom p-Typ kompensiert werden, was die Trigger-Spannung wieder erhöht. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich das erste p-Wannengebiet 1204 um einen vierten Abstand D4 in einem Bereich von 0,2 µm bis 4,0 µm über eine Seitenwand des ersten tiefen Implantationsgebiets 1330 vom p-Typ in einer Richtung hin zum zweiten p-Wannengebiet 1204.
In einigen Ausführungsformen liegt ein zweites n-Wannengebiet 1320 im n-dotierten Gebiet 1202 innerhalb des Bereichs, der vom DTI-Gebiet 1306 umgeben ist, vor, um einen durchlässigen (engl.: leaky) parasitären vertikalen Transistor (z. B. einen PMOS; nicht veranschaulicht) zu unterdrücken. Das zweite n-Wannengebiet 1320 kann eine höhere Konzentration eines Dotierstoffs vom n-Typ als das n-dotierte Gebiet 1202 aufweisen. Das zweite n-Wannengebiet 1320 kann ein ringförmiges Gebiet sein, das das erste p-Wannengebiet 1204, das zweite p-Wannengebiet 1204 und das erste n-Wannengebiet 1220 (falls vorhanden) umgibt. Ein hoch-n-dotiertes Ringgebiet 1310 kann im zweiten n-Wannengebiet 1320 angeordnet sein und das erste p-Wannengebiet und das zweite p-Wannengebiet umgeben, um den parasitären vertikalen Transistor weiter zu unterdrücken. Das hoch-n-dotierte Ringgebiet 1310 kann eine höhere Konzentration eines Dotierstoffs vom n-Typ als das zweite n-Wannengebiet 1320 aufweisen. Das hoch-n-dotierte Ringgebiet 1310 kann sich zwischen dem DTI-Gebiet 1306 und dem STI-Gebiet 1324 zu einer oberen Oberfläche des bidirektionalen SCR 1300 erstrecken.
14 veranschaulicht eine schematische Darstellung einer ESD-Schutzschaltung 1400, die in einer Querschnittsansicht einer Halbleiterstruktur implementierte bidirektionale SCRs gemäß einigen Ausführungsformen darstellt. Die ESD-Schutzschaltung 1400 ist der ESD-Schutzschaltung 500 (siehe oben, 5) ähnlich, aber mit aktiven Klemmschaltungen 1420 und 1430, die die aktiven Klemmschaltungen 520 ersetzen. Die aktiven Klemmschaltungen 1420, die entlang Leitungspfaden zwischen dem Sternknoten 150 und dem ersten Knoten 102 bzw. dem dritten Knoten 106 (z. B. Signalleitungen wie etwa CANL und CANH) gekoppelt sind, ähneln den aktiven Klemmschaltungen 520 von 5 mit dem Zusatz der jeweiligen Trigger-Verstärker 726 (z. B. PMOS-Vorrichtungen), um die Vorspannung zu erhöhen, und von Gate-Source-Widerständen 528, die mit jedem der jeweiligen Trigger-Transistoren 522, der jeweiligen Shunt-Transistoren 524 und der jeweiligen Trigger-Verstärker 726 gekoppelt sind, um ein gestaffeltes Triggern zu ermöglichen. Dieses gestaffelte Triggern ermöglicht das Einschalten der jeweiligen Shunt-Transistoren 524 mit einem verzögerten Einschaltvorgang der jeweiligen Trigger-Transistoren 522, was eine bessere Nutzung der Shunt-Transistoren enthaltenden aktiven Klemmschaltungen 1420 ermöglichen kann, bis der bidirektionale SCR getriggert wird. Die aktive Klemmschaltung 1430, die entlang einem Leitungspfad zwischen dem Sternknoten 150 und dem zweiten Knoten 104 (z. B. einer Stromversorgung oder Masse) gekoppelt ist, ähnelt den Klemmschaltungen 1420 unter Einbeziehung eines zusätzlichen Trigger-Puffers 724 (z. B. einer NMOS-Vorrichtung). Die Trigger-Transistoren 522 der aktiven Klemmschaltungen 1420 und der aktiven Klemmschaltungen 1430 können vom PMOS-Typ sein, um eine volle Pull-Up-Funktionalität ohne Verlust der Vorspannung der Gate-Source-Spannung V_GS zu ermöglichen.
14 veranschaulicht ferner bidirektionale SCRs 110A, 110B und 110C in einer Querschnittsansicht. Der bidirektionale SCR 110A entspricht dem bidirektionalen SCR 110 von 5, der entlang einem Leitungspfad zwischen dem ersten Knoten 102 und dem zweiten Knoten 104 gekoppelt ist, der bidirektionale SCR 110B entspricht dem bidirektionalen SCR 110 von 5, der entlang einem Leitungspfad zwischen dem zweiten Knoten 104 und dem dritten Knoten 106 gekoppelt ist, und der bidirektionale SCR 110C entspricht dem bidirektionalen SCR 110 von 5, der entlang einem Leitungspfad zwischen dem ersten Knoten 102 und dem dritten Knoten 106 gekoppelt ist. Die bidirektionalen SCR 110A und 110B können die Symmetrie nutzen, um das zentrale p-Wannengebiet 1204 und das Anodengebiet 1206 vom p-Typ in der Mitte des zentralen p-Wannengebiets 1204 gemeinsam zu nutzen. Der bidirektionale SCR 110C umfasst die linken und rechten p-Wannengebiete 1204 und ihre jeweiligen Elektrodengebiete, die über das n-dotierte Gebiet 1202 als verhältnismäßig schwache parasitäre Struktur über große Entfernung miteinander gekoppelt sind. Die bidirektionalen SCR 110A, 110B und 110C und die aktiven Klemmschaltungen 1420 und 1430 können in jeder der ESD-Schutzschaltungen in den Ausführungsformen von jeder der 1 und 4 - 11 genutzt werden.
15 und 16 veranschaulichen Querschnittsansichten bidirektionaler SCRs mit n-Tap-Triggern gemäß einigen Ausführungsformen. 15 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines bidirektionalen SCR 1500, der dem bidirektionalen SCR 1200 (siehe oben, 12A) ähnelt, wobei p-dotierte Tap-Gebiete 1210 fehlen und ein n-dotiertes Tap-Gebiet 1510 im ersten n-Wannengebiet 1220 einbezogen ist. Das n-dotierte Tap-Gebiet 1510 ist mit einem Trigger-Anschluss 1542 gekoppelt und hat eine höhere Konzentration eines Dotierstoffs vom n-Typ als das erste n-Wannengebiet 1220. Wenn ein Trigger-Strom über den Trigger-Anschluss 1542 empfangen wird, ändert sich das Potential des ersten n-Wannengebiets 1220, was den bidirektionalen SCR 1500 aktiviert, um Strom von z. B. dem Anschluss 1232 zum Anschluss 1234 zu leiten. Die höhere Konzentration der Dotierung vom n-Typ des n-dotierten Tap-Gebiets 1510 fungiert auch als zusätzliches Rekombinationsgebiet zum Bereitstellen von Löchern, um das vom ersten n-Wannengebiet 1220 schon bereitgestellte Rekombinationszentrum zu ergänzen, wodurch die Haltespannung erhöht wird. Der bidirektionale SCR 1500 kann in der über einen n-Tap getriggerten ESD-Schutzschaltung 600 (siehe oben, 6) oder in irgendeiner der ESD-Schutzschaltungen der 4 - 5, 7 - 11, und 14 mit implementiertem n-Tap-Triggern verwendet werden, und das n-dotierte Tap-Gebiet 1510 und der Trigger-Anschluss 1542 können in den bidirektionalen SCRs der 12A, 13 und 14 enthalten sein, um das n-Tap-Triggern zu ermöglichen.
16 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines bidirektionales SCR 1600, der dem bidirektionalen SCR 1500 (siehe oben, 15) ähnlich ist, wobei erste und zweite p-dotierte Tap-Gebiete 1210 enthalten sind, ähnlich wie sie in den bidirektionalen SCRs der 12A, 13 und 14 vorhanden sind. Somit kann der bidirektionale SCR 1600 entweder über die Trigger-Anschlüsse 1242 und 1244 mit dem p-Tap getriggert werden, wobei der Trigger-Anschluss 1542 potentialfrei bleibt, oder über den Trigger-Anschluss 1542 mit dem n-Tap getriggert werden, wobei die Trigger-Anschlüsse 1242 und 1244 potentialfrei bleiben. Der bidirektionale SCR 1600, bei dem sowohl ein Triggern mit dem p-Tap als auch dem n-Typ möglich ist, kann in jeder der ESD-Schutzschaltungen der 4 - 5, 7 - 11 und 14 verwendet werden.
17 - 18 veranschaulichen Querschnittsansichten mehrerer SCRs, die in Halbleiterstrukturen implementiert sind, gemäß einigen Ausführungsformen. 17 zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleiterstruktur 1700, die drei bidirektionale SCRs 110A, 110B und 110C implementiert, worin der dritte bidirektionale SCR 110C in gleicher Stärke wie die anderen zwei bidirektionalen SCRs 110A und 110B implementiert ist. Dies unterscheidet sich von dem oben in Bezug auf 14 beschriebenen bidirektionalen SCR 110C, der durch Koppeln über das n-dotierte Gebiet 1202 als verhältnismäßig schwache parasitäre Struktur über große Entfernung implementiert ist. In 17 sind die bidirektionalen SCRs 110A, 110B und 110C unter Ausnutzung der Symmetrie implementiert, um zentrale p-Wannengebiete 1204 und Anodengebiete 1206 vom p-Typ in den Mitten der jeweiligen zentralen p-Wannengebiete 1204 gemeinsam zu nutzen. Der zweite Knoten 104 (z. B. eine Masse) ist durch zwei leitfähige Pfade mit sowohl dem ersten bidirektionalen SCR 110A als auch dem zweiten bidirektionalen SCR 110B gekoppelt. Die Halbleiterstruktur 1700 mit den drei bidirektionalen SRCs 110A, 110B und 110C kann in einer der ESD-Schutzschaltungen in den Ausführungsformen von jeder der 1 und 4 - 11 verwendet werden.
18 zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleiterstruktur 1800, die sechs gestapelte bidirektionale SCRs 710A1, 710A2, 710B1, 710B2, 710C1 und 710C2 gemäß einigen Ausführungsformen implementiert. Die sechs gestapelten bidirektionalen SCRs der Halbleiterstruktur 1800 können in den ESD-Schutzschaltungen 700 und 800 (siehe oben, 7 - 8) mit gestapelten bidirektionalen SCRs verwendet werden. Insbesondere sind die in 17 veranschaulichten sechs gestapelten bidirektionalen SCRs den oben in Bezug auf 7 beschriebenen drei SCR-Stapeln 710 äquivalent. Die Entsprechung zwischen 7 und 18 ist durch einen internen Knoten A zwischen bidirektionalen SCRs 710A1 und 710A2, einen internen Knoten B zwischen bidirektionalen SCRs 710B1 und 710B2 und einen internen Knoten C zwischen bidirektionalen SRCs 710C1 und 710C2 dargestellt. Die Trigger-Anschlüsse TA11, TA12, TA21, TA22, TB11, TB12, TB21, TB22, TC11, TC12, TC21 und TC22 werden verwendet, um aktive Klemmschaltungen 720 (siehe oben, 7) zu koppeln. Die sechs gestapelten bidirektionalen SCRs von 18 können jedoch auch verwendet werden, um die einzigen getriggerten gestapelten bidirektionalen SCRs der ESD-Schutzschaltung 800 (siehe oben, 8) zu implementieren, indem man die Hälfte der Trigger-Anschlüsse potentialfrei belässt. In einigen Ausführungsformen sind dabei SCRs, die nicht gleichzeitig arbeiten (z. B. bidirektionale SDRs 710A1 und 710C1), in einem gleichen n-dotierten Gebiet 1202 platziert. Indem man ein p-Wannengebiet 1204 und ein zentrales p-dotiertes Anodengebiet 1206 gemeinsam nutzt und ermöglicht, dass DTI-Gebiete 1306 zwischen den bidirektionalen SCRs 710A1 und 710C1 weggelassen werden, kann man damit Layout-Fläche einsparen.
19 veranschaulicht eine grafische Darstellung der experimentellen Ergebnisse von einem Übertragungsleitungs-Impulsgeber (TLP) von Strom gegen Spannung, die das Betriebsverhalten einer ESD-Schutzschaltung mit einer aktiven Klemmung und einem SCR (z. B. der ESD-Schutzschaltung 400; siehe oben, 4), die ein ESD-Ereignis erfährt, demonstriert. Die Aufzeichnung wurde basierend auf Rechteckimpulsen mit einer Dauer von 100 ns vorgenommen, und die Daten wurden als Durchschnittswerte aus einem Zeitfenster von 60 ns bis 80 ns extrahiert. Nach dem Beginn des ESD-Ereignisses bleibt der Strom bei Null, während die Spannung ansteigt. An einem Punkt 1901 wird eine Ein-Spannung bzw. Einschaltspannung V_on von etwa 53 V erreicht und beginnt die aktive Klemmung, Strom zu leiten. Spannung und Strom steigen weiter an, bis ein Punkt 1902, der Trigger-IV-Punkt, bei einem Trigger-Strom I_t1 von etwa 0,4 A und einer Trigger-Spannung V_t1 von etwa 56 V erreicht wird. Der SCR wird getriggert und beginnt, den ESD-Strom zu leiten, was zu einem Snapback-Effekt vom Punkt 1902 zu einem Punkt 1903 führt, da die Spannung abfällt, während der Strom weiter zunimmt, da er zum SCR im Nebenschluss geleitet wird. Am Punkt 1903 wird eine Haltespannung V_h von etwa 23 V erreicht und leitet der SCR praktisch den gesamten ansteigenden ESD-Strom, während das ESD-Ereignis andauert, bis zu viel höheren Strompegeln, die hier aufgrund des Fokus auf das Trigger-Gebiet nicht veranschaulicht sind.
20A - 20C veranschaulichen experimentelle Ergebnisse transienter Wellenformen von einem Übertragungsleitungs-Impulsgeber (TLP), die eine Leitung in einer ESD-Schutzschaltung mit aktiver Klemmung und einem SCR gemäß einigen Ausführungsformen veranschaulichen. Eine Kurve 2002 ist die transiente Spannungswellenform in einer ESD-Schutzschaltung mit einer aktiven Klemmung und einem SCR (z. B. einer ESD-Schutzschaltung 500 mit einer aktiven Klemmschaltung 520 und einem bidirektionalen SCR 110; siehe oben, 5), und eine Kurve 2004 ist die transiente Stromwellenform in der ESD-Schutzschaltung. Der TLP stellt einen Impuls mit einer Länge von etwa 100 ns bereit.
20A zeigt die Spannung und den Strom in der ESD-Schutzschaltung ohne Einschalten der aktiven Klemmung und ohne Triggern des SCR. Bei etwa 0 ns steigt die Spannung über etwa 25 ns asymptotisch auf etwa 55 V an und steigt der Strom von etwa 0 A auf etwa 0,5 A in einer kurzen, dynamischen Spitze, die in etwa 20 ns auf 0 A zurückfällt. Die Spitze kann aufgrund einer Aufladung parasitärer Kondensatoren und einer kurzen transienten Vorspannung eines Gates eines Shunt-Transistors (z. B. eines BigFET) durch eine Drain-Gate-Kopplung vorliegen. Der Strom fällt auf Null zurück, da die aktive Klemmung nichtleitend (mit anderen Worten in einem blockierenden bzw. sperrenden Zustand) bleibt. Bei 100 ns endet der Impuls, und die Spannung fällt auf 0 V zurück.
20B zeigt die Spannung und den Strom in der ESD-Schutzschaltung, wobei die aktive Klemmung einschaltet, aber ohne Triggern des SCR. Bei etwa 0 ns steigt wie durch die aktive Klemmung bestimmt die Spannung auf etwa 55 V an. Der Strom steigt ähnlich der in 20A dargestellten Spitze in einer kurzen, dynamischen Spitze an und schwingt sich dann bei etwa 0,4 A oder mehr ein, da die aktive Klemmung den Strom leitet, jedoch ohne etwaige Leitung durch den SCR. Bei 100 ns endet der Impuls und fallen die Spannung und der Strom auf 0 V bzw. 0 A zurück.
20C zeigt die Spannung und den Strom in der ESD-Schutzschaltung, wobei die aktive Klemmung einschaltet und der SCR anschließend getriggert wird, um den Strom zu leiten. Das Verhalten von 0 ns bis etwa 5 ns ist ähnlich 20A mit einer erreichten Spannung von etwa 55 V wie durch die aktive Klemmung bestimmt und einer kurzen dynamischen Stromspitze, die unter 0,5 A fällt. Bei etwa 5 ns triggert die aktive Klemmung den SCR und beginnt der SCR zu leiten. Dies erzeugt einen asymptotischen Spannungsabfall auf etwa die Haltespannung von 22 V und einen Anstieg des Stroms auf über 1,1 A aufgrund eines durch den SCR fließenden Stroms. Die aktive Klemmung hört auf zu leiten, nachdem sich der SCR aufgrund des Zusammenbruchs der Spannung einschaltet. Bei 100 ns endet der Impuls und fallen die Spannung und der Strom auf 0 V bzw. 0 A zurück.
21 veranschaulicht verschiedene Architekturen für Mehrweg-ESD-Schutzschaltungen gemäß einigen Ausführungsformen. Quadratische Kästchen repräsentieren Pads, die mit Signalleitungen, Versorgungsspannungen, Stromversorgungen, Massen oder anderen Knoten auf unterschiedlichen Potentialen gekoppelt werden können. Durchgezogene Pfeile mit einer Spitze repräsentieren aktive Klemmungen, um anfängliche Entladungen zwischen Pads durchzuführen und SCRs zu triggern, durchgezogene Pfeile mit zwei Spitzen repräsentieren einzelne bidirektionale SCRs, und gestrichelte Pfeile repräsentieren Trigger-Verbindungen von den aktiven Klemmungen zu den SCRs. Nicht alle Trigger-Verbindungen sind in 21 für jede aktive Kopplung einer aktiven Klemmung mit einem SCR veranschaulicht.
Die obere linke Zeichnung von 21 veranschaulicht drei Pads, die jeweils mit einer jeweiligen aktiven Klemmung gekoppelt sind, die an einem zentralen Sternknoten miteinander gekoppelt sind. Drei bidirektionale SCRs sind jeweils zwischen jedem jeweiligen Paar von Pads in einer Delta-Anordnung gekoppelt. Dies ist den in 1 und 4 - 8 veranschaulichten ESD-Schutzschaltungen äquivalent.
Die obere rechte Zeichnung von 21 veranschaulicht ebenfalls drei Pads, die jeweils mit einer jeweiligen aktiven Klemmung gekoppelt sind, die an einem ersten Sternknoten miteinander gekoppelt sind. Jeder von drei bidirektionalen SCRs ist ebenfalls zwischen jedem jeweiligen Pad und einem zweiten Sternknoten gekoppelt. Dies ist der ESD-Schutzschaltung von 9 äquivalent. Diese Anordnung kann in Fällen, in denen eine hohe Haltespannung erforderlich ist, nützlich sein, da zwei bidirektionale SCRs zwischen jedem Paar von Pads in Reihe gestapelt bzw. geschaltet sind.
Die untere linke Zeichnung von 21 veranschaulicht vier Pads, die jeweils mit einer jeweiligen aktiven Klemmung gekoppelt sind, die an einem zentralen Sternknoten in einer sternartigen Konfiguration miteinander gekoppelt sind. Sechs bidirektionale SCRs werden verwendet, um jede Zwei-Pad-Kombination der vier Pads in einer netzartigen Konfiguration miteinander zu koppeln.
Die untere rechte Zeichnung von 21 veranschaulicht ebenfalls vier Pads, die jeweils mit einer jeweiligen Klemmung gekoppelt sind, die an einem ersten Sternknoten in einer sternartigen Konfiguration miteinander gekoppelt sind. Jeder der vier bidirektionalen SCRs ist auch zwischen jedem jeweiligen Pad und einem zweiten Sternknoten gekoppelt. Wie die obere rechte Zeichnung kann diese Anordnung in Fällen nützlich sein, in denen eine hohe Haltespannung erforderlich ist, da zwei bidirektionale SCRs zwischen jedem Paar von Pads in Reihe gestapelt bzw. geschaltet sind.
Obwohl 21 Mehrweg-ESD-Schutzschaltungen mit drei und vier Pads veranschaulicht, kann jede beliebige Anzahl an Pads oder Knoten, wie etwa fünf oder mehr Pads, mittels ESD-Schaltungen mit einer geeigneten Anzahl an aktiven Klemmschaltungen, die an einem Sternknoten miteinander gekoppelt sind, und bidirektionalen SCRs in netzartigen oder sternartigen Konfigurationen geschützt werden, und alle derartigen Architekturen liegen innerhalb des Umfangs der offenbarten Ausführungsformen. Die Verwendung der verschiedenen sternartigen und/oder netzartigen Anordnungen für aktive Klemmungen und bidirektionale SCRs kann signifikante Einsparungen des belegten Layout-Raums liefern, der mit der Anzahl an durch die ESD-Schutzschaltungen gekoppelten Pads zunimmt.
22 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Verfahrens 2200 zum Betreiben einer SCR-ESD-Vorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen. Beispielsweise kann das Verfahren 2200 genutzt werden, um eine Schaltung unter Verwendung eines siliziumgesteuerten Gleichrichters (SCR) zu schützen, der ein erstes p-Wannengebiet, ein zweites p-Wannengebiet und ein n-dotiertes Gebiet aufweist, wobei das erste p-Wannengebiet über ein im ersten p-Wannengebiet angeordnetes erstes p-dotiertes Tap-Gebiet mit einem ersten Trigger-Anschluss gekoppelt ist, wobei das erste p-dotierte Tap-Gebiet eine höhere Konzentration eines Dotierstoffs vom p-Typ als das erste p-Wannengebiet aufweist, wobei das zweite p-Wannengebiet über ein im zweiten p-Wannengebiet angeordnetes zweites p-dotiertes Tap-Gebiet mit einem zweiten Trigger-Anschluss gekoppelt ist und wobei das zweite p-dotierte Tap-Gebiet eine höhere Konzentration eines Dotierstoffs vom p-Typ als das zweite p-Wannengebiet aufweist.
In Schritt 2202 wird ein ESD-Impuls unter Verwendung einer Trigger-Vorrichtung detektiert. Die Trigger-Vorrichtung kann Teil der ersten Klemmschaltung, der zweiten Klemmschaltung oder der dritten Klemmschaltung, wie etwa der aktiven Klemmschaltungen 120, die oben in Bezug auf 1 beschrieben wurden, der aktiven Klemmschaltungen 520, die oben in Bezug auf 5 beschrieben wurden, der aktiven Klemmschaltungen 620, die oben in Bezug auf 6 beschrieben wurden, der aktiven Klemmschaltungen 720, die oben in Bezug auf 7 beschrieben wurden, der aktiven Klemmschaltungen 1420 und der aktiven Klemmschaltung 1430, die oben in Bezug auf 14 beschrieben wurden, oder dergleichen oder eine Kombination davon sein.
In Schritt 2204 wird der SCR durch die Trigger-Vorrichtung auf die Detektion des ESD-Impulses hin aktiviert. Der SCR kann ein bidirektionaler SCR 110 wie oben in Bezug auf 5 beschrieben, ein bidirektionaler SCR 1200 wie oben in Bezug auf 12A - 12D beschrieben, ein bidirektionaler SCR 1300 wie oben in Bezug auf 13 beschrieben, ein bidirektionaler SCR 110A, 110B oder 110C wie oben in Bezug auf 14 beschrieben, ein bidirektionaler SCR 1600 wie oben in Bezug auf 16 beschrieben, bidirektionale SCRs 110A, 110B oder 110C wie oben in Bezug auf 17 beschrieben, bidirektionale SCRs 710A1, 710A2, 710B1, 710B2, 710C1 oder 710C2 wie oben in Bezug auf 18 oder dergleichen oder eine Kombination davon sein. In Schritt 2206 wird ein ESD-Strom über den SCR geleitet.
23 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Verfahrens 2300 zum Betreiben einer ESD-Schutzschaltung gemäß einigen Ausführungsformen. Beispielsweise kann das Verfahren 2300 genutzt werden, um eine Schaltung zu schützen unter Verwendung eines ersten siliziumgesteuerten Gleichrichters (SCR) mit einem zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten gekoppelten ersten Leitungspfad, eines zweiten SCR mit einem zwischen dem zweiten Knoten und einem dritten Knoten gekoppelten zweiten Leitungspfad und einer ersten Klemmschaltung, einer zweiten Klemmschaltung und einer dritten Klemmschaltung, wobei die erste Klemmschaltung, die zweite Klemmschaltung und die dritte Klemmschaltung an einem Sternknoten miteinander gekoppelt sind, wobei die erste Klemmschaltung mit einem ersten Steuerungsanschluss des ersten SCR gekoppelt ist, die erste Klemmschaltung einen zwischen dem ersten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten dritten Leitungspfad aufweist, die zweite Klemmschaltung mit einem zweiten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist, die zweite Klemmschaltung einen zwischen dem dritten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten vierten Leitungspfad aufweist und die dritte Klemmschaltung mit einem dritten Steuerungsanschluss des ersten SCR und einem vierten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist und die dritte Klemmschaltung einen zwischen dem zweiten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten fünften Leitungspfad aufweist.
In Schritt 2302 wird unter Verwendung einer Trigger-Vorrichtung ein ESD-Impuls detektiert. Die Trigger-Vorrichtung kann Teil der ersten Klemmschaltung, der zweiten Klemmschaltung oder der dritten Klemmschaltung, wie etwa der aktiven Klemmschaltungen 120, die oben in Bezug auf 1 beschrieben wurden, der aktiven Klemmschaltungen 520, die oben in Bezug auf 5 beschrieben wurden, der aktiven Klemmschaltungen 620, die oben in Bezug auf 6 beschrieben wurden, der aktiven Klemmschaltungen 720, die oben in Bezug auf 7 beschrieben wurden, der aktiven Klemmschaltungen 1420 und der aktiven Klemmschaltung 1430, die oben in Bezug auf 14 beschrieben wurden, oder dergleichen oder eine Kombination davon sein. In Schritt 2304 wird ein ESD-Strom bis zu einem ersten Pegel durch ein Shunt-Element (z. B. einen Transistor wie etwa einen Shunt-Transistor 524) wie oben in Bezug auf 1 beschrieben geleitet. Das Shunt-Element kann Teil der ersten Klemmschaltung, der zweiten Klemmschaltung oder der dritten Klemmschaltung sein.
In Schritt 2306 wird der erste SCR oder der zweite SCR durch die Trigger-Vorrichtung auf eine Detektion des ESD-Impulses hin aktiviert. Bei dem ersten SCR oder dem zweiten SCR kann es sich um bidirektionale SCRs 110 wie oben in Bezug auf 5 beschrieben, bidirektionale SCRs 1200 wie oben in Bezug auf 12A - 12D beschrieben, bidirektionale SCRs 1300 wie oben in Bezug auf 13 beschrieben, bidirektionale SCRs 110A, 110B oder 110C wie oben in Bezug auf 14 beschrieben, bidirektionale SCRs 1500 wie oben in Bezug auf 15 beschrieben, bidirektionale SCRs 1600 wie oben in Bezug auf 16 beschrieben, bidirektionale SCRs 110A, 110A, 110B oder 110C wie oben in Bezug auf 17 beschrieben, bidirektionale SCRs 110A1, 110A2, 110B1, 110B2, 110C1 oder 110C1 wie oben in Bezug auf 18 beschrieben oder dergleichen oder eine Kombination davon handeln. In Schritt 2308 wird der ESD-Strom oberhalb des ersten Pegels über den ersten SCR oder den zweiten SCR geleitet.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den folgenden Beispielen zusammengefasst. Andere Ausführungsformen können aus der Gesamtheit der Beschreibung und den Ansprüchen, die hierin eingereicht werden, ebenfalls verstanden werden.
Beispiel 1. Eine ESD-Schutzschaltung, umfassend: einen ersten siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR), der einen zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten gekoppelten ersten Leitungspfad umfasst; einen zweiten SCR, der einen zwischen dem zweiten Knoten und einem dritten Knoten gekoppelten zweiten Leitungspfad umfasst; eine erste Klemmschaltung, die mit dem ersten Steuerungsanschluss des ersten SCR gekoppelt ist, wobei die erste Klemmschaltung einen zwischen dem ersten Knoten und einem Sternknoten gekoppelten dritten Leitungspfad aufweist; eine zweite Klemmschaltung, die mit einem zweiten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist, wobei die zweite Klemmschaltung einen zwischen dem dritten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten vierten Leitungspfad aufweist; und eine dritte Klemmschaltung, die mit einem dritten Steuerungsanschluss des ersten SCR und mit einem vierten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist, wobei die dritte Klemmschaltung einen zwischen dem zweiten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten fünften Leitungspfad aufweist.
Beispiel 2. Die ESD-Schutzschaltung des Beispiels 1, wobei der erste Knoten so konfiguriert ist, dass er mit einer ersten Signalleitung gekoppelt ist, der zweite Knoten so konfiguriert ist, dass er mit einem Stromversorgungsknoten gekoppelt ist, und der dritte Knoten so konfiguriert ist, dass er mit einer zweiten Signalleitung gekoppelt ist.
Beispiel 3. Die ESD-Schutzschaltung des Beispiels 2, wobei der Stromversorgungsknoten ein Masseknoten ist.
Beispiel 4. Die ESD-Schutzschaltung von einem der Beispiele 1 bis 3, wobei die erste Klemmschaltung eine Zener-Diodenkette enthält.
Beispiel 5. Die ESD-Schutzschaltung von einem der Beispiele 1 bis 4, wobei die erste Klemmschaltung einen mit dem ersten Steuerungsanschluss des ersten SCR gekoppelten Trigger-Transistor enthält.
Beispiel 6. Die ESD-Schutzschaltung des Beispiels 5, wobei die erste Klemmschaltung ferner einen zwischen dem Sternknoten und dem ersten Knoten gekoppelten Shunt-Transistor enthält.
Beispiel 7. Die ESD-Schutzschaltung von einem der Beispiele 1 bis 6, wobei der erste SCR und der zweite SCR bidirektionale SCRs sind.
Beispiel 8. Eine ESD-Schutzschaltung, umfassend: einen ersten siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR), der einen zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten gekoppelten ersten Leitungspfad aufweist; einen zweiten SCR, der einen zwischen dem zweiten Knoten und einem dritten Knoten gekoppelten zweiten Leitungspfad aufweist; eine Klemmschaltung, die umfasst: eine erste Trigger-Vorrichtung, die mit einem ersten Steuerungsanschluss des ersten SCR gekoppelt ist; und eine zweite Trigger-Vorrichtung, die mit einem zweiten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist; und einen ESD-Bus, der mit dem ersten Knoten, dem zweiten Knoten und dem dritten Knoten über jeweilige gleichrichtende Dioden gekoppelt ist, wobei der ESD-Bus ferner mit der Klemmschaltung gekoppelt ist.
Beispiel 9. Die ESD-Schutzschaltung des Beispiels 8, wobei die Klemmschaltung ferner eine Shunt-Vorrichtung enthält.
Beispiel 10. Die ESD-Schutzschaltung von einem der Beispiele 8 oder 9, ferner umfassend einen dritten SCR, der einen zwischen dem ersten Knoten und dem dritten Knoten gekoppelten dritten Leitungspfad aufweist.
Beispiel 11. Die ESD-Schutzschaltung des Beispiels 10, wobei die Klemmschaltung ferner eine dritte Trigger-Vorrichtung enthält, die mit einem dritten Steuerungsanschluss des dritten SCR gekoppelt ist.
Beispiel 12. Eine ESD-Schutzschaltung, umfassend: eine erste Klemmschaltung, eine zweite Klemmschaltung und eine dritte Klemmschaltung, wobei die erste Klemmschaltung, die zweite Klemmschaltung und die dritte Klemmschaltung an einem Sternknoten miteinander verbunden sind; einen ersten bidirektionalen siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR), der einen zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten gekoppelten ersten Leitungspfad aufweist, wobei ein erster Steuerungsanschluss des ersten bidirektionalen SCR mit der ersten Klemmschaltung gekoppelt ist und ein zweiter Steuerungsanschluss des ersten bidirektionalen SCR mit der dritten Klemmschaltung gekoppelt ist; und einen zweiten bidirektionalen SCR, der einen zwischen dem zweiten Knoten und einem dritten Knoten gekoppelten zweiten Leitungspfad aufweist, wobei ein dritter Steuerungsanschluss des zweiten bidirektionalen SCR mit der zweiten Klemmschaltung gekoppelt ist und ein vierter Steuerungsanschluss des zweiten bidirektionalen SCR mit der dritten Klemmschaltung gekoppelt ist.
Beispiel 13. Die ESD-Schutzschaltung des Beispiels 12, ferner umfassend einen dritten bidirektionalen SCR, der zwischen dem ersten Knoten und dem dritten Knoten gekoppelt ist.
Beispiel 14. Die ESD-Schutzschaltung des Beispiels 13, wobei ein fünfter Steuerungsanschluss des dritten bidirektionalen SCR mit der ersten Klemmschaltung gekoppelt ist und ein sechster Steuerungsanschluss des dritten bidirektionalen SCR mit der zweiten Klemmschaltung gekoppelt ist.
Beispiel 15. Die ESD-Schutzschaltung des Beispiels 12, ferner umfassend einen dritten bidirektionalen SCR, der zwischen dem ersten Knoten und dem ersten bidirektionalen SCR gekoppelt ist.
Beispiel 16. Die ESD-Schutzschaltung des Beispiels 15, ferner umfassend einen vierten bidirektionalen SCR, der zwischen dem zweiten Knoten und dem zweiten bidirektionalen SCR gekoppelt ist.
Beispiel 17. Die ESD-Schutzschaltung von einem der Beispiele 15 oder 16, ferner umfassend einen fünften bidirektionalen SCR und einen sechsten bidirektionalen SCR, die zwischen dem ersten Knoten und dem dritten Knoten in Reihe gekoppelt ist.
Beispiel 18. Ein Verfahren zum ESD-Schutz unter Verwendung eines ersten siliziumgesteuerten Gleichrichters (SCR), der einen zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten gekoppelten ersten Leitungspfad aufweist, eines zweiten SCR, der einen zwischen dem zweiten Knoten und einem dritten Knoten gekoppelten zweiten Leitungspfad aufweist, und einer ersten Klemmschaltung, einer zweiten Klemmschaltung und einer dritten Klemmschaltung, wobei die erste Klemmschaltung, die zweite Klemmschaltung und die dritte Klemmschaltung an einem Sternknoten miteinander gekoppelt sind, wobei die erste Klemmschaltung mit einem ersten Steuerungsanschluss des ersten SCR gekoppelt ist, wobei die erste Klemmschaltung einen zwischen dem ersten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten dritten Leitungspfad aufweist, wobei die zweite Klemmschaltung mit einem zweiten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist, wobei die zweite Klemmschaltung einen zwischen dem dritten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten vierten Leitungspfad aufweist, und wobei die dritte Klemmschaltung mit einem dritten Steuerungsanschluss des ersten SCR und einem vierten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist, wobei die dritte Klemmschaltung einen zwischen dem zweiten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten fünften Leitungspfad aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Detektieren eines ESD-Impulses unter Verwendung einer Trigger-Vorrichtung, wobei die Trigger-Vorrichtung Teil der ersten Klemmschaltung, der zweiten Klemmschaltung oder der dritten Klemmschaltung ist; Leiten eines ESD-Stroms bis zu einem ersten Pegel über ein Shunt-Element, wobei das Shunt-Element Teil der ersten Klemmschaltung, der zweiten Klemmschaltung oder der dritten Klemmschaltung ist; Aktivieren des ersten SCR oder des zweiten SCR über die Trigger-Vorrichtung auf eine Detektion des ESD-Impulses hin; und Leiten des ESD-Stroms oberhalb des ersten Pegels über den ersten SCR oder den zweiten SCR.
Beispiel 19. Das Verfahren des Beispiels 18, wobei der erste SCR oder der zweite SCR mittels Strominjektion in einen jeweiligen NPN-Transistor des ersten SCR oder des zweiten SCR aktiviert wird.
Beispiel 20. Das Verfahren des Beispiels 18, wobei der erste SCR oder der zweite SCR mittels Strominjektion in ein N-Gebiet eines jeweiligen PNP-Transistors des ersten SCR oder des zweiten SCR aktiviert wird.
Beispiel 21. Das Verfahren von einem der Beispiele 18 bis 20, wobei der erste SCR und der zweite SCR bidirektionale SCRs sind.
Obgleich diese Erfindung mit Verweis auf veranschaulichende Ausführungsformen beschrieben wurde, soll diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn aufgefasst werden. Verschiedene Modifikationen und Kombinationen der veranschaulichenden Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen der Erfindung werden unter Verweis auf die Beschreibung für den Fachmann offensichtlich sein. Daher sollen die beigefügten Ansprüche jegliche derartige Modifikationen oder Ausführungsformen umfassen.

Claims

ESD-Schutzschaltung, aufweisend: einen ersten siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR), der einen zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten gekoppelten ersten Leitungspfad aufweist; einen zweiten SCR, der einen zwischen dem zweiten Knoten und einem dritten Knoten gekoppelten zweiten Leitungspfad aufweist; eine erste Klemmschaltung, die mit dem ersten Steuerungsanschluss des ersten SCR gekoppelt ist, wobei die erste Klemmschaltung einen zwischen dem ersten Knoten und einem Sternknoten gekoppelten dritten Leitungspfad aufweist; eine zweite Klemmschaltung, die mit einem zweiten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist, wobei die zweite Klemmschaltung einen zwischen dem dritten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten vierten Leitungspfad aufweist; und eine dritte Klemmschaltung, die mit einem dritten Steuerungsanschluss des ersten SCR und mit einem vierten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist, wobei die dritte Klemmschaltung einen zwischen dem zweiten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten fünften Leitungspfad aufweist.
ESD-Schutzschaltung nach Anspruch 1, wobei der erste Knoten so konfiguriert ist, dass er mit einer ersten Signalleitung gekoppelt ist, der zweite Knoten so konfiguriert ist, dass er mit einem Stromversorgungsknoten gekoppelt ist, und der dritte Knoten so konfiguriert ist, dass er mit einer zweiten Signalleitung gekoppelt ist.
ESD-Schutzschaltung nach Anspruch 2, wobei der Stromversorgungsknoten ein Masseknoten ist.
ESD-Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Klemmschaltung eine Zener-Diodenkette aufweist.
ESD-Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Klemmschaltung einen mit dem ersten Steuerungsanschluss des ersten SCR gekoppelten Trigger-Transistor aufweist.
ESD-Schutzschaltung nach Anspruch 5, wobei die erste Klemmschaltung ferner einen zwischen dem Sternknoten und dem ersten Knoten gekoppelten Shunt-Transistor aufweist.
ESD-Schutzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste SCR und der zweite SCR bidirektionale SCRs sind.
ESD-Schutzschaltung, aufweisend: einen ersten siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR), der einen zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten gekoppelten ersten Leitungspfad aufweist; einen zweiten SCR, der einen zwischen dem zweiten Knoten und einem dritten Knoten gekoppelten zweiten Leitungspfad aufweist; eine Klemmschaltung, aufweisend: eine erste Trigger-Vorrichtung, die mit einem ersten Steuerungsanschluss des ersten SCR gekoppelt ist; und eine zweite Trigger-Vorrichtung, die mit einem zweiten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist; und einen ESD-Bus, der mit dem ersten Knoten, dem zweiten Knoten und dem dritten Knoten über jeweilige gleichrichtende Dioden gekoppelt ist, wobei der ESD-Bus ferner mit der Klemmschaltung gekoppelt ist.
ESD-Schutzschaltung nach Anspruch 8, wobei die Klemmschaltung ferner eine Shunt-Vorrichtung aufweist.
ESD-Schutzschaltung nach Anspruch 8 oder 9, ferner aufweisend einen dritten SCR, der einen zwischen dem ersten Knoten und dem dritten Knoten gekoppelten dritten Leitungspfad aufweist.
ESD-Schutzschaltung nach Anspruch 10, wobei die Klemmschaltung ferner eine dritte Trigger-Vorrichtung aufweist, die mit einem dritten Steuerungsanschluss des dritten SCR gekoppelt ist.
ESD-Schutzschaltung, aufweisend: eine erste Klemmschaltung, eine zweite Klemmschaltung und eine dritte Klemmschaltung, wobei die erste Klemmschaltung, die zweite Klemmschaltung und die dritte Klemmschaltung an einem Sternknoten miteinander verbunden sind; einen ersten bidirektionalen siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR), der einen zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten gekoppelten ersten Leitungspfad aufweist, wobei ein erster Steuerungsanschluss des ersten bidirektionalen SCR mit der ersten Klemmschaltung gekoppelt ist und ein zweiter Steuerungsanschluss des ersten bidirektionalen SCR mit der dritten Klemmschaltung gekoppelt ist; und einen zweiten bidirektionalen SCR, der einen zwischen dem zweiten Knoten und einem dritten Knoten gekoppelten zweiten Leitungspfad aufweist, wobei ein dritter Steuerungsanschluss des zweiten bidirektionalen SCR mit der zweiten Klemmschaltung gekoppelt ist und ein vierter Steuerungsanschluss des zweiten bidirektionalen SCR mit der dritten Klemmschaltung gekoppelt ist.
ESD-Schutzschaltung nach Anspruch 12, ferner aufweisend einen dritten bidirektionalen SCR, der zwischen dem ersten Knoten und dem dritten Knoten gekoppelt ist.
ESD-Schutzschaltung nach Anspruch 13, wobei ein fünfter Steuerungsanschluss des dritten bidirektionalen SCR mit der ersten Klemmschaltung gekoppelt ist und ein sechster Steuerungsanschluss des dritten bidirektionalen SCR mit der zweiten Klemmschaltung gekoppelt ist.
ESD-Schutzschaltung nach Anspruch 12, ferner aufweisend einen dritten bidirektionalen SCR, der zwischen dem ersten Knoten und dem ersten bidirektionalen SCR gekoppelt ist.
ESD-Schutzschaltung nach Anspruch 15, ferner aufweisend einen vierten bidirektionalen SCR, der zwischen dem zweiten Knoten und dem zweiten bidirektionalen SCR gekoppelt ist.
ESD-Schutzschaltung nach Anspruch 15 oder 16, ferner aufweisend einen fünften bidirektionalen SCR und einen sechsten bidirektionalen SCR, die zwischen dem ersten Knoten und dem dritten Knoten in Reihe gekoppelt ist.
Verfahren zum ESD-Schutz unter Verwendung eines ersten siliziumgesteuerten Gleichrichters (SCR), der einen zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten gekoppelten ersten Leitungspfad aufweist, eines zweiten SCR, der einen zwischen dem zweiten Knoten und einem dritten Knoten gekoppelten zweiten Leitungspfad aufweist, und einer ersten Klemmschaltung, einer zweiten Klemmschaltung und einer dritten Klemmschaltung, wobei die erste Klemmschaltung, die zweite Klemmschaltung und die dritte Klemmschaltung an einem Sternknoten miteinander gekoppelt sind, wobei die erste Klemmschaltung mit einem ersten Steuerungsanschluss des ersten SCR gekoppelt ist, wobei die erste Klemmschaltung einen zwischen dem ersten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten dritten Leitungspfad aufweist, wobei die zweite Klemmschaltung mit einem zweiten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist, wobei die zweite Klemmschaltung einen zwischen dem dritten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten vierten Leitungspfad aufweist, und wobei die dritte Klemmschaltung mit einem dritten Steuerungsanschluss des ersten SCR und einem vierten Steuerungsanschluss des zweiten SCR gekoppelt ist, wobei die dritte Klemmschaltung einen zwischen dem zweiten Knoten und dem Sternknoten gekoppelten fünften Leitungspfad aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Detektieren eines ESD-Impulses unter Verwendung einer Trigger-Vorrichtung, wobei die Trigger-Vorrichtung Teil der ersten Klemmschaltung, der zweiten Klemmschaltung oder der dritten Klemmschaltung ist; Leiten eines ESD-Stroms bis zu einem ersten Pegel über ein Shunt-Element, wobei das Shunt-Element Teil der ersten Klemmschaltung, der zweiten Klemmschaltung oder der dritten Klemmschaltung ist; Aktivieren des ersten SCR oder des zweiten SCR über die Trigger-Vorrichtung auf eine Detektion des ESD-Impulses hin; und Leiten des ESD-Stroms oberhalb des ersten Pegels über den ersten SCR oder den zweiten SCR.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der erste SCR oder der zweite SCR mittels Strominjektion in einen jeweiligen NPN-Transistor des ersten SCR oder des zweiten SCR aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der erste SCR oder der zweite SCR mittels Strominjektion in ein N-Gebiet eines jeweiligen PNP-Transistors des ersten SCR oder des zweiten SCR aktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei der erste SCR und der zweite SCR bidirektionale SCRs sind.