柵壓觸發的靜電放電保護電路的製作方法

2023-06-05 04:05:51

專利名稱：柵壓觸發的靜電放電保護電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種靜電放電保護電路，特別涉及一種利用二極體串的靜電放電保護電路。
背景技術：
集成電路很容易受靜電放電(ESD)破壞，一般在電路的輸入輸出端子或電源保護中都會設計有靜電保護電路以防止內部電路受損壞，柵極接地N溝道金屬氧化物半導體(GGNMOS)是一種廣泛使用的保護結構，如圖1。為保證一定的保護強度，GGNMOS一般都是用多指(multi-finger)並聯柵極的形式，如圖2。這種形式在ESD發生時由於不同位置電晶體到阱控制(guard-ring)的體電阻的不同會導致開啟不均勻，如圖3，在最中間的器件部分由於其離阱控制P+(guard-ring)最遠，體電阻最大，最容易先於其他柵極指狀並聯的(Finger)器件開啟。而如何在器件被破壞前儘可能均勻地讓所有並聯指狀器件開啟將很大程度決定保護的整體能力。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種柵壓觸發的靜電放電保護電路，該電路能使並聯指狀器件開啟均勻。
為解決上述技術問題，本發明在傳統的採用GGNMOS用作ESD保護電路的結構中，增加一個二極體串做分壓用，二極體串中每兩個相鄰的二極體的陽極和陽極首尾相接，二極體串置於內部電路前一級和接地線之間，其首部二極體的陽極與內部電路前一級相連接，尾部二極體的陰極與接地線相連；N型金屬氧化物緩衝(Nch Buffer)電晶體柵極不再直接接地，而是與二極體串中的一個二極體的陽極相連接，該連接點為分壓點，二極體串的級數設計要使其導通電壓大於正常電壓工作範圍，而略小於Nch Buffer電晶體的擊穿電壓；分壓點的設計要考慮在ESD發生導通時可以提供讓Nch Buffer電晶體開啟的電壓，而在正常工作的電源電壓範圍內不足以提供Nch Buffer電晶體開啟電壓。
本發明利用級聯二極體分壓作柵壓觸發，能夠使電晶體較快被觸發開啟，有較大電流釋放能力，並能使開啟均勻。


圖1是利用GGNMOS的靜電放電保護電路示意圖；圖2是NMOS布置圖；圖3是NMOS斷面示意圖；圖4是本發明電路圖，圖中虛線表示未畫出的二極體；圖5是本發明一個實施例的示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。
本發明提供的電路如圖4所示，在傳統的採用GGNMOS用作ESD保護電路的結構中，在內部電路前一級和接地線之間增加一個分壓二極體串，二極體串中每兩個相鄰的二極體的陽極和陽極首尾相接，其首部二極體的陽極與內部電路前一級相連接，尾部二極體的陰極與接地線相連；N型金屬氧化物緩衝(Nch Buffer)電晶體柵極不再直接接地，而是與二極體串中的一個二極體的陽極相連接，該連接點為分壓點，二極體串的級數設計要使其導通電壓大於正常電壓工作範圍，而略小於Nch Buffer電晶體的擊穿電壓；利用分壓點，可在ESD發生導通時提供讓Nch Buffer電晶體開啟的電壓，而在正常工作的電源電壓範圍內不足以提供NchBuffer電晶體開啟電壓。
圖5是本發明的一個實施例，該例中工作電壓為5V。二極體導通電壓為0.7V，二極體的級數為9級，則二極體串的導通電壓為6.3V，而金屬氧化物電晶體的擊穿電壓為7V；其中在分壓點上有8級，在下有1級。這一級可使分壓點的電壓在ESD發生導通時可以提供Nch Buffer電晶體開啟的電壓(大約為0.5V)。
因此在ESD發生時，二極體串會先於Nch Buffer電晶體導通產生偏壓，可以供給Nch Buffer電晶體的柵偏壓，從而觸發Nch Buffer電晶體。與傳統的利用GGNMOS的靜電放電保護電路中GGNMOS柵極一直接地的被動方式相比，本發明以主動方式給柵極提供偏壓，使電晶體較快被觸發開啟，有較大電流釋放能力，並能使開啟均勻。
本發明不需要改變任何現有CMOS工藝，即可實現Nch Buffer開啟的均勻和ESD保護能力的提高。
權利要求
1.一種柵壓觸發的靜電放電保護電路，包括N型金屬氧化物緩衝電晶體，其特徵是，還包括一個置於內部電路前一級和接地線之間的二極體串；二極體串中每兩個相鄰的二極體的陽極和陽極首尾相接，其首部二極體的陽極與內部電路前一級相連接，尾部二極體的陰極與接地線相連；N型金屬氧化物緩衝電晶體柵極與所述二極體串中的一個二極體的陽極相連接。
2.根據權利要求1所述的柵壓觸發的靜電放電保護電路，其特徵是，所述二極體串的導通電壓大於正常電壓工作範圍，小於所述N型金屬氧化物緩衝電晶體的擊穿電壓。
3.根據權利要求1所述的柵壓觸發的靜電放電保護電路，其特徵是，所述N型金屬氧化物緩衝電晶體柵極與所述二極體串中的一個二極體的陽極相連接後，在靜電放電發生導通時，提供的電壓大於讓所述N型金屬氧化物緩衝電晶體柵極開啟的電壓，而在正常工作的電源電壓範圍內，提供的電壓小於讓所述N型金屬氧化物緩衝電晶體柵極開啟電壓。
全文摘要
本發明公開了一種柵壓觸發的靜電放電保護電路，包括N型金屬氧化物緩衝(Nch Buffer)電晶體和一個二極體串，Nch Buffer電晶體柵極與二極體串中的一個二極體的陽極相連接，在靜電放電發生時，二極體串會先於Nch Buffer電晶體導通產生偏壓，可以供給Nch Buffer電晶體的柵偏壓，從而觸發Nch Buffer電晶體。本發明能使電晶體在靜電放電發生時較快被觸發開啟，有較大電流釋放能力，並能使開啟均勻。
文檔編號H02H9/00GK1979854SQ20051011104
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月1日 優先權日2005年12月1日
發明者徐向明 申請人:上海華虹Nec電子有限公司