Brevet FR2600219A1 — publié le 19871218

i La présente invention a pour objet un circuit de protection et plus particulièrement un circuit qui est approprié à des circuits intégrés. La décharge électrostatique est une menace sérieuse pour la sûreté de fonctionnement des circuits intégrés, notamment de la famille des métaloxyde-semiconducteurs (MOS) en raison des impédences élevées impliquées qui ne permettent pas des courants de fuite assez appréciables pour dissiper sûrement les tensions électrostatiques. Un type de circuit de protection contre des charges électrostatiques utilise une pluralité de résistances de limitation de courant, reliées en série, qui sont montées en série entre l'électrode de grille d'un transistor à effet de champ du type MOS (MOSFET) et une broche d'entrée de signal et 15 une pluralité de diodes montées entre ces résistances ou la broche et les rails d'alimentation en puissance pour le MOSFET. Ce circuit de protection fonctionne bien lorsque le circuit intégré est introduit dans une plaque de circuit et soit la plaque a des capacités de découplage d'alimentation en 20 puissance, soit la plaque est reliée à une alimentation en puissance. En particulier, au moins l'une des diodes conduira au mode direct et un condensateur filtre d'alimentation en puissance d'une valeur relativement importante ou le condensateur de découplage de plaque fournit un retour à faible impédence pour le courant de diode-transitoire si bien que la décharge électrostatique soit bloquée à une des tensions de rail respectives selon sa polarité. Cependant, lorsque le circuit intégré n'est pas inséré ou câblé dans la plaque ou le circuit intégré est relié à la plaque mais celle-ci n'est pas introduite dans l'alimentation en puissance et aucun condensateur de découpIage n'est présent sur la plaque ou le tableau, alors des diodes parasites inhérents et, pour des MOSFET complémentaires (CMOS), de redresseurs contr8lés à semiconducteurs parasites (SCR) ayant des tensions 35 de rupture typiques de 40 à 80 volts doivent être prévus pour compléter la voie de retour pour la charge électrostatique. Ceci s'est avéré être approprié pour des dispositifs MOS ayant une taille minimum (longueur de grille) d'au moins 5 micromètres (/.). Cependant, récemment des efforts ont été faits pour réaliser des circuits intégrés avec un 1get des longueurs de grille encore plus faibles, qui ont des tensions de rupture drain-source typiques de 6 à 7 volts. Les dispositifs parasites ont des tensions de rupture qui sont trop élevées 10 pour protéger ces dispositifs de circuits intégrés du type MOS. De plus, des techniques de traitement modernes, telles que l'isolation diélectrique et la fabrication épitaxiale sur les substrats fortement dopés éliminent souvent complètement les redresseurs contrôlés à semiconducteurs (SCR). Une diode intentionnelle ayant une faible tension de rupture (par exemple 10 volts pour un faible courant) mais présentant une caractéristique de récupération de retour à des niveaux plus élevés de courant, peut être réalisée et reliée entre les rails de puissance du circuit intégré pour fournir 20 un trajet de retour pour la décharge électrostatique. Cependant, le résistance et l'inductance de perte ou dispersives des rails de puissance peuvent réduire l'efficacité de la diode pendant la décharge électrostatique, ce qui peut entraîner un mauvais fonctionnement du circuit intégré en raison de l'injection de courant depuis le substrat dans la zone active sur le circuit intégré. En outre, une grande décharge électrostatique peut même détruire des conducteurs de circuit intégré. Il est par conséquent souhaitable d'avoir un circuit 30 qui procure une meilleure protection contre des décharges électrostatiques pour un circuit intégré avec une moindre probabilité d'injection de courant de substrat et de destruction des conducteurs. Pour atteindre ce but, un circuit intégré selon l'invention comprend une paire de rails d'alimentation, une 35 -3 pluralité de broches ou de bornes de signaux, une première pluralité de circuits montés entre lesdits rails d'alimentation, et une seconde pluralité de circuits montés adjacents auxdites broches de signaux, respectivement, et reliés entre lesdites broches de signaux respectivement, et ladite première pluralité de circuits, respectivement, pour protéger ladite première pluralité de circuits, respectivement, contre des transitions destructrices, chacun de ladite seconde pluralité de circuits comprenant une diode 10 de récupération de retour connectée entre lesdits rails. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparattront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence à la figure 15 unique annexée donnée uniquement à'titre d'exemple et illustrant un mode de réalisation de l'invention: La figure montre un circuit intégré 10 comprenant une paire de rails d'alimentation 12, 14 qui sont reliés respectivement à des bornes ou broches de puissance 16 et 18, 20 du circuit intégré 10. Le rail 12 possède typiquement une tension d'environ 5 volts, tandis que la rail 14 présente environ O volt (terre). Une première pluralité de circuits 20 est connectée entre les rails d'alimentation 12 et 14 et comprend des circuits 20a et 20b. De façon similaire, une seconde pluralité de circuits 22 est également connectée entre les rails d'alimentation 12 et 14 et comprend les circuits 22a et 22b qui protègent respectivement les circuits 20a et 20b, contre des décharges électrostatiques. Bien que les circuits 22a et 22b soient représentés comme étant identiques, cela 30 n'est cependant pas nécessaire. En outre, bien que seulement deux circuits 20a et 20b soient montés pour la pluralité 20, dans la pratique, il y aura plusieurs de tels circuits. Le circuit 20a comprend une paire de CMOS (MOSFETs complémentaires) de transistors à effet de champ (FET) 24 et 26 de canal du type P (PMOS) et de canal du type N (NMOS), respectivement. Le FET 24 est relié par sa source 28 au rail 12, sa porte 30 est reliée à la porte 32 du FET 26, tandis que son drain 34 est relié, au drain 36 du FET 26. Les portes ou grilles 30 et 32 reçoivent un signal d'entrée d'une broche de signal 40 à travers le circuit 22a, tandis que les drains 34 et 36 fournissent un signal de sortie sur une ligne 42 à d'autres circuits (non représenté) à l'intérieur du circuit intégré 10. La source 38 du FET 26 est reliée au rail 14. Le circuit 20b comprend une paire de FET 44 et 46 du 10 type NMOS. Le FET 46 est monté de façon à agir comme une charge d'épuisement pour le transistor FET 44. En particulier, le FET 46 est relié par son drain 48 au rail 12 tandis que sa grille 50 est connectée à sa source 52 et au drain 54 du FET 46, et également à une ligne 60 pour fournir un signal de sortie à d'autres circuits (non représenté) à l'intérieur du circuit intégré 10. La grille 56 du FET 44 reçoit un signal d'entrée de la broche ou borne de signal 62 via le circuit 22b. La source 58 du FET 44 est reliée au rail 14. Le circuit 22a est situé à proximité de la broche 40, 20 typiquement à une distance de 500 microns et comprend une première diode 64 à récupération de retour à ionisation d'impact, dont les cathodes et anodes sont reliées respectivement aux rails 12 et 14. Sous "diode de récupération de retour à ionisation d'impact" on entend une diode qui présente deux tensions de rupture stable, une à des niveaux de faible courant et une plus faible tension de soutien à des niveaux de courant élevés en raison de l'ionisation d'impact. Une telle diode peut comprendre des régions semiconductrices du type de conductivité positif-intrinsèque-négatif (PIN). 3e Cependant, de telles diodes sont difficiles à fabriquer dans un circuit intégré. De ce fait, une région du type de conductivité P ou N légèrement dopée est fréquemment mise à la place de la région du type de conductivité I. De telles diodes présentent des caractéristiques de récupération retour similaires aux diodes PIN et sont habituellement connues sous le terme diodes de "lecture". Une seconde diode à récupération retour 66 est reliée par sa cathode au rail 12 et par son anode à la broche 40. Une troisième diode à récupération 68 est reliée par sa cathode à la broche ou borne 40 et par son anode au rail 14. Une première résistance 70 est connectée par une extrémité à la broche 40 et par son autre extrémité à une extrémité d'une seconde résistance 72 et la cathode d'une quatrième diode à récupération 74. L'autre extrémité de la résistance 72 est connectée à la cathode d'une cinquième diode 10 à récupération 76 et aux grilles 30 et 32. Les anodes des diodes 74 et 76 sont reliées au rail 14. Bien que cela ne soit pas nécessaire, le circuit 22b est identique à celui du circuit 22a et est situé à proximité ou adjacent à la broche 62 et ne sera donc pas décrit séparément. Des éléments correspondants ont été pourvus de numéros de référence correspondants, auxquels on a ajouté le symbole "a". La tension de rupture initiale pour toutes les diodes à récupération peut être adaptée aux exigences de circuit en sélectionnant la largeur des régions I ou des zones légèrement dopées et est, par exemple, d'environ 10 volts, ce qui est légèrement inférieur à la tension de rupture d'environ 12 à 14 volts de deux transitors FET montés en série, par exemple 24 et 26 ou 24 et 46, ayant une longueur de grille de l/. En général, plus la longueur de grille est faible, plus la tension de rupture des transistors FET est petite. Pour procurer une protection, les diodes à récupération devraient avoir des tensions de rupture à la fois de haut et de faible courant inférieures à la tension de rupture des FETs montés en 30 série. En régime de fonctionnement, on suppose que le circuit intégré 10 n'est ni inséré ni câblé dans le tableau ou la plaque de circuit ou, si cela est le cas, il n'y a pas de condensateur de découplage sur le tableau et, par conséquent, 35 une tension électrostatique transitoire peut apparaître et produire un courant transitoire dQ par exemple à une manipulation, entre les broches 40 ou 62-et les rails d'alimentation 12 ou 14. On considère alors qu'une tension positive croissante apparaît à la broche 40 (appelée ci-après "V.") par rapport au rail 12. Lorsque V. atteint 0,7 volts, la diode 66 devient i conductrice dans sa direction avant, verrouillant V. à 0,7 m volts et protégeant donc le circuit 20a. Si V. évolue dans le sens négatif par rapport au rail i 12 et cette différence de tension atteind 10 volts, la diode 66 atteindra sa valeur de rupture et commence à conduire dans le sens inverse. Lorsque 10,7 volts sont atteints en raison de la résistance inhérente de la diode 66, la diode 64 atteindra sa valeur de rupture et conduira dans le sens inverse et les 15 diodes 68, 74 et 76 conduiront dans la direction directe. Comme le courant transitoire augmente, l'ionisation d'impact se manifeste dans les diodes à récupération et la tension de rupture revient à une plus faible valeur. Ainsi, les diodes et les résistances 70 et 72 absorberont le courant produit par V. et protègent ainsi le circuit 20a. Quand V. devient positif par rapport au rail 14 et cette différence de tension atteind 10 volts, les diodes 68, 74 et 76 atteindront leur valeur de rupture et conduiront dans le sens inverse. Lorsque V4 atteind lo,7 volts en raison de la 25 résistance inhérente de la diode 68, alors la diode 66 conduira dans le sens direct et la diode 64 atteindra sa valeur de rupture et conduira dans le sens inverse, en protégeant ainsi le circuit 20a. Quand V. évolue dans le sens négatif par rapport au rail 14, alors la diode 68 est conductrice dans le sens direct à 0,7 volts et verrouille V. à cette tension, en protégeant i ainsi le circuit 20a. Quand la tension au rail 12 évolue dans le sens positif par rapport au rail 14 et atteind 10 volts, la diode 64 deviendra conductrice dans le sens inverse en verrouillant la tension. Quand la tension-au rail 12 évolue dans le sens négatif par rapport au rail 14 et atteind 0,7 volts, la diode 64 devient conductrice dans le sens direct en verrouillant la tension. Dans chaque cas, le circuit 20a est protégé. - Le fonctionnement du circuit 22b pour la protection du circuit 20b est identique à celui qui vient d'être décrit et ne sera donc pas décrit. On constate ainsi qu'en préyoyant une diode telle que les diodes 64 et 64a respectivement dans les circuits 20a et 10 20b et en plaçant les circuits 20a et 20b près respectivement des broches de signal 40 et 64, un haut degré de protection est assuré pour le circuit 20a et 20b, respectivement, en créant un court trajet de retour pour les charges électrostatiques ou autres phénomènes transitoires détériorants similaires, par exemple, sur une ligne de puissance, indépendamment de l'inductance ou de la résistance de perte des rails 12 et 14. En outre, en réalisant toutes les diodes sous forme de diodes à récupération ou à retour rapide, une plus faible tension transitoire pour un courant élevé transitoire est imposée aux circuits protégés, en comparaison à des diodes Zener ou à avalanche normales. R E V E N D I C A T I O.N S 1. Circuit intégré caractérisé en ce qu'il comprend une paire de rails d'alimentation (14, 16), une pluralité de broches ou de bornes de signal (16, 18); une première pluralité de circuits (20) connectés entre lesdits rails d'alimentation et une seconde pluralité de circuits (22) montés adjacents auxdites broches de signal, respectivement, et connectés respectivement entre lesdites broches de signal, 10 et respectivement ladite première pluralité de circuits (20), pour protéger ladite première pluralité de circuits respectivement contre des phénomènes transitoires destructeurs, chacun des circuits de ladite seconde pluralité comprenant une première diode à récupération ou retour rapide 15 (64) connectée entre lesdits rails. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un circuit parmi la première pluralité comprend un transistor à effet de champ à canal P (24) et un transistor à effet de champ à canal N (26) connecté en série au transistor 20 à canal P, les grilles desdits transistors étant reliées ensemble et à l'un de ladite seconde pluralité de circuits. 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un de la première pluralité de circuits comprend une paire de transistors à effet de champ (44, 46) montés en série 25 du même type de conductivité, la grille (50) de l'un desdits (46) transistors étant reliée à leur source (52), la grille (56) du transistor restant (44) étant connectée à un de ladite seconde pluralité de circuits (22). 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce 30 que le type de conductivité précité est du type N. 5. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un de la seconde pluralité de circuits comprend des seconde (66) et troisième (68) diodes à récupération connectées entre l'une des broches précitées et les rails 35 d'alimentation respectivement. 6. Circuit selon la revendication-5, caractérisé en ce qu'un circuit comprend en outre une première résistance (70) reliée à la broche (40) précitée et une quatrième diode à récupération (74) connectée entre ladite résistance (40) et l'un (14) des rails d'alimentation précités. 7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un circuit comprend en outre une seconde résistance (72) reliée à la quatrième diode (74) précitée et une cinquième diode à récupération (76) reliée entre ladite seconde 10 résistance (72) et ledit rail (14). 8. Circuit selon la revendication 7, caractérisé en ce que les première (64), troisième (68), quatrième (74) et cinquième (75) diodes présentent chacune le même type d'électrode reliée audit rail. 9. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que le même type d'électrode précité comprend une anode. -