Brevet FR2775392A1 — publié le 19990827

La présente invention concerne un circuit de protection vis-à-vis de décharges électrostatiques (ESD) qui convient pour une utilisation dans des circuits intégrés et plus particulièrement, la présente invention concerne un circuit de protection qui utilise des diodes à tension de claquage inverse élevée pour assurer qu'aucune avalanche et qu'aucune fuite en conséquence ne se produisent au niveau de plots d'entrée. Comme il est bien connu de l'art des semiconducteurs, une décharge électrostatique peut affecter de façon nuisible les composants de circuit ou dans certains cas, peut même détruire le circuit dans sa totalité. Les charges électrostatiques peuvent s'accumuler aisément sur le corps humain ou peuvent être générées par des machines dans des processus de production ou par la friction pendant le transport. Il y a une tendance forte au fait que des jonctions P/N de circuit intégré présentent une fuite fortement augmentée lorsqu'elles sont soumises à une contrainte inverse. Puisque les jonctions P/N sont classiquement utilisées pour la protection de circuits intégrés vis-à-vis d'événements d'ESD, cette fuite augmentée constitue un problème sérieux lorsqu'une fuite faible est nécessaire. En outre, il est établi que le courant de fuite dans les diodes de protection augmente de plusieurs ordres de grandeur après que ces diodes aient été soumises à une ESD. Afin de traiter ce problème, I'utilisation de diodes sur puce a fait l'objet d'une application étendue pour protéger les circuits. Avantageusement, la présente invention allège les complications et les limitations rencontrées dans les solutions proposées préalablement et contribue à l'obtention de ce qui suit: (i) un circuit de protection qui évite un claquage inverse au niveau des entrées; (ii) des diodes distribuées sur des rails d'alimentation; et (iii) une boucle de retour à valeur de résistance faible au travers du substrat et des rails d'alimentation. La présente invention propose une solution à ce problème de fuite au niveau des entrées en assurant qu'aucune diode liée à une entrée ne peut soutenir une tension proche de celle nécessaire pour un claquage inverse. Selon un aspect de la présente invention, on propose un circuit de protection vis-à-vis des décharges électrostatiques qui convient pour une utilisation avec un circuit intégré, comprenant: une première diode à jonction P/N haute tension connectée entre une alimentation positive du circuit et une première entrée; une seconde diode à jonction P/N haute tension connectée entre une alimentation négative du circuit et l'entrée; la première diode et la seconde diode étant chacune constituées par une diode à placage de champ pour augmenter une tension de claquage inverse des diodes; et une troisième diode connectée entre l'alimentation positive et l'alimentation négative, la troisième diode pouvant conduire dans les deux sens à une tension faible, la troisième diode présentant une tension de claquage inverse qui excède la tension de l'alimentation. Selon un autre aspect de la présente invention, on propose un procédé d'empêchement d'une fuite par diode d'entrée dans un circuit muni d'une alimentation positive et d'une alimentation négative du fait d'une contrainte inverse pendant des événements d'ESD, comprenant: la fourniture d'une première diode haute tension et d'une seconde diode haute tension; la connexion de la première diode entre l'alimentation positive et une entrée du circuit; la connexion de la seconde diode entre l'alimentation négative et l'entrée; et la connexion d'une troisième diode entre l'alimentation positive et l'alimentation négative, la troisième diode pouvant conduire dans les deux sens et présentant une tension de claquage inverse qui excède la tension de la première alimentation et de la seconde alimentation afin d'empêcher de manière substantielle une fuite par diode pendant des événements de décharge électrostatique. Des résultats couronnés de succès ont été obtenus en modifiant les diodes d'entrée afin d'augmenter la tension de claquage pour éviter une sur-contrainte des diodes d'entrée. Selon les exemples, un plaquage de champ est utilisé pour obtenir une suppression de champ sur les diodes d'entrée. Selon une variante, une diffusion spéciale, par exemple une base P, peut être utilisée pour augmenter la tension de claquage. L'invention ayant été décrite ainsi de façon générale, référence sera maintenant faite aux dessins annexés qui représentent des modes de réalisation préférés et parmi lesquels: la figure 1 est une illustration schématique d'un circuit de protection par diode généralisé; la figure 2 est une illustration schématique d'un circuit de protection par diode conformément à un mode de réalisation supplémentaire de la présente invention; la figure 3 est une illustration schématique d'un circuit de protection par diode similaire à la figure 2, deux circuits de protection étant représentés; la figure 4 est une représentation schématique d'un circuit pour une mise en oeuvre en réseau selon un premier mode de réalisation; et la figure 5 est une représentation schématique d'un circuit pour une mise en oeuvre en réseau selon un second mode de réalisation. Des index de référence similaires utilisés dans le texte permettent de repérer des éléments similaires. Par report maintenant aux dessins, la figure 1 représente un premier exemple du circuit de protection d'entrée selon un mode de réalisation de la présente invention. Selon l'exemple, une entrée 10 est positionnée entre une alimentation positive 12 et une alimentation négative 14. Le circuit à protéger, représenté au moyen de lignes en pointillés, est de façon générale indiqué au moyen d'un index de référence 16. Un réseau de diodes s'étend entre les alimentations 12 et 14 et il inclut des diodes 18, 20, 22 et 24. Une diode supplémentaire 26 peut être prévue et peut également représenter un réseau de diodes additionnelles en réseau. La diode 26 est un élément fondamental pour le fonctionnement du système décrit ici. Cet élément peut également comprendre un réseau de circuits pouvant conduire dans les deux sens pendant un événement d'ESD. Des résistances 28 et 30 sont prévues respectivement entre l'entrée 10 et les résistances 18 et 20 ainsi qu'entre les résistances 22, 24 et 18, 20. En relation avec la figure 2, est représenté un exemple d'un agencement de protection d'entrée conformément à la présente invention. Selon ce mode de réalisation, les résistances et les diodes de la figure 1 sont ôtées et sont remplacées par des diodes 32 et 34 qui s'étendent entre les alimentations 12 et 14. Les diodes 32 et 34 sont chacune constituées par des diodes à jonction P/N haute tension. Des diodes supplémentaires sont représentées par un index de référence 36 et sont de façon souhaitable des diodes à fonctionnement rapide. Un exemple est une diode NPN ou NPN latérale présentant une action de retour rapide sous une polarisation inverse. Le système de protection doit être fonctionnel pour assurer une protection vis-à-vis de décharges électrostatiques au travers de toutes les connexions externes sur le circuit. En fonctionnement, dans le système de protection lorsque l'entrée est négative, la diode 34 est polarisée en sens direct et conduit le courant en retour jusqu'à l'entrée négative 14. Ceci est un exemple seulement du fait que de nombreuses autres possibilités pourront être appréciées. La figure 3 représente schématiquement un circuit de protection important pour une décharge électrostatique entre deux plots d'entrée et 10'. Un réseau additionnel de diodes 38 et 40 est inclus pour l'entrée 10'. Dans une situation dans laquelle il y a une décharge entre les entrées 10 et 10' tandis qu'une charge positive est placée sur l'entrée 10, la diode 32 est polarisée en sens direct sur l'alimentation positive 12 et la diode 36 conduit par claquage sur l'entrée négative 14; ceci permet au circuit d'être fermé par l'intermédiaire de la diode polarisée en sens direct 40. La diode 34 fonctionne pour supporter la tension inverse de la diode 36, deux chutes de tension de diode en sens direct et les chutes de tension de boucle ohmique. Ceci constitue une exigence pour augmenter la tension de claquage inverse des diodes d'entrée afin de réduire le risque d'endommagement généré par un claquage en avalanche ou par une contrainte proche de l'avalanche. Dans le cas o la polarité électrostatique est inversée, la voie de conduction suit les diodes 38, 36 et 34. Une mise en oeuvre possible du circuit de la figure 3 est représentée schématiquement sur la figure 4. Selon ce mode de réalisation, des diodes à placage de champ sont utilisées. Le plaquage de champ des diodes s'est avéré être particulièrement utile pour l'empêchement du claquage dû à une tension inverse au niveau d'entrées du circuit. Au niveau de l'illustration, I'entrée 12 comporte un puits N 42, une couche active N+ 44, une zone active P+ 46 d'un seul tenant avec connectée au plot 48. D'une manière similaire, I'entrée 14 inclut une couche active P+ 50, une couche active N+ 52 connectée d'un seul tenant au plot 48. Le plot 48 est connecté au circuit (non représenté) en 54. La figure 5 met en exergue un exemple d'un circuit de protection muni de diodes à jonction profonde. L'entrée 12 comporte un puits P 54, une couche active N+ 56 et une couche active P+ 58. Une entrée 14 comporte une couche active N+ 60, une base P 62 et une couche active N+ 64. L'utilisation d'un puits N et d'une autre jonction profonde a une utilité pour augmenter la tension de claquage. En ce qui concerne les diodes d'entrée, elles comprennent des régions N+/P- et P+/N- avec plaquage de champ pour augmenter la tension de claquage inverse. Il est également envisagé que des diodes Schottky, des diodes à avalanche simples, des transistors MOS (métal-oxyde- semiconducteur) etc... puissent être utilisés pourvu que la tension de claquage inverse puisse être rendue beaucoup plus importante que celle de la diode 36. De façon plus particulière, la première diode 32 peut comprendre un puits N dans un substrat P et la seconde diode 34 peut comprendre un puits P dans un substrat N ou inversement. Selon d'autres modes de réalisation, I'invention peut être appliquée à une quelconque entrée pour laquelle la fuite doit être faible et non susceptible d'une défaillance dans des conditions de sur- contrainte. Le circuit peut être appliqué à n'importe quel circuit intégré ou à n'importe quel circuit qui utilise un semiconducteur. Une fuite d'entrée génère également une augmentation du bruit généré par les diodes d'entrée et par conséquent, le circuit de protection peut être ici utile dans des circuits dans lesquels le bruit d'entrée doit être maintenu à des niveaux bas même après exposition à des événements d'ESD. Bien que des modes de réalisation de l'invention aient été décrits ciavant, on n'est pas limité à ceux-ci et il apparaîtra à l'homme de l'art que de nombreuses modifications font partie de la présente invention pour autant qu'elles ne s'écartent ni de l'esprit, ni de la nature et ni du cadre de l'invention revendiquée et décrite. REVENDICATIONS 1. Circuit de protection vis-à-vis de décharges électrostatiques qui convient pour une utilisation avec un circuit intégré, caractérisé en ce qu'il comprend: une première diode à jonction PIN haute tension (32) connectée entre une alimentation positive (12) dudit circuit et une première entrée (10); une seconde diode à jonction PIN haute tension (34) connectée entre une alimentation négative (14) dudit circuit et ladite entrée (10); ladite première diode et ladite seconde diode étant chacune constituées par une diode à placage de champ pour augmenter une tension de claquage inverse desdites diodes (32, 34); et une troisième diode (36) connectée entre ladite alimentation positive (12) et ladite alimentation négative (14), ladite troisième diode pouvant conduire dans les deux sens à une tension faible, ladite troisième diode présentant une tension de claquage inverse qui excède la tension de ladite alimentation. 2. Circuit de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite troisième diode (36) est constituée par une diode NPN. 3. Circuit de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite troisième diode (36) est constituée par une diode à retour rapide NPN latérale. 4. Circuit de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque diode est une diode à polarisation en sens direct. 5. Circuit de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite seconde diode (34) comprend un puits P dans un substrat N. 6. Circuit de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première diode (32) comprend un puits N dans un substrat P. 7. Circuit de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dite diode est constituée par une diode Schottky. 8. Circuit de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite troisième diode (36) est constituée par une diode à jonction P/N. 9. Circuit de protection selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite troisième diode (36) est constituée par une diode haute tension. 10. Procédé d'empêchement d'une fuite par diode d'entrée dans un circuit muni d'une alimentation positive (12) et d'une alimentation négative (14) du fait d'une contrainte inverse pendant des événements de décharge électrostatique, caractérisé en ce qu'il comprend: la fourniture d'une première diode haute tension (32) et d'une seconde diode haute tension (34); la connexion de ladite première diode (32) entre ladite alimentation positive (12) et une entrée (10) dudit circuit; la connexion de ladite seconde diode (34) entre ladite alimentation négative (14) et ladite entrée (10); et la connexion d'une troisième diode (36) entre ladite alimentation positive (12) et ladite alimentation négative (14), ladite troisième diode pouvant conduire dans les deux sens et présentant une tension de claquage inverse qui excède la tension de ladite première alimentation (12) et de ladite seconde alimentation (14) afin d'empêcher de manière substantielle une fuite par diode pendant des événements de décharge électrostatique.