[發明專利]帶有反饋加強的電壓觸發的靜電放電箝位電路

無效

• 申請號: 201310280219.7
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103401229A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 劉紅俠;楊兆年
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H02H9/04
• 分類號: H02H9/04
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，涉及集成電路的靜電放電保護，特別涉及一種帶反饋加強的電壓觸發的靜電放電箝位電路，可用于集成電路的靜電放電保護。

背景技術

在集成電路的制造、封裝、運輸和使用過程中，各種形式的靜電放電都有可能發生。靜電放電具有瞬時大應力的特點，是集成電路的主要失效形式之一。靜電放電是不能完全避免的，所以在集成電路設計和制造時必須考慮靜電放電保護。靜電放電的強度可以用電壓來等效，比如在人體模型中，能看到電火花的靜電放電的等效電壓一般就高達3kV以上。集成電路自身抗靜電放電能力很弱，特別是CMOS工藝中MOSFET的柵極非常脆弱，如果沒有專門的靜電放電保護，只需要幾十伏的等效電壓就可以損毀大部分集成電路，而通常集成電路的靜電放電防護等級要求都在2kV等效電壓以上。因此靜電放電保護對于集成電路非常重要，當前幾乎所有的集成電路都具有靜電放電保護。隨著CMOS工藝特征尺寸不斷減小，越來越薄的柵氧化層和越來越淺的結深，給芯片帶來更嚴峻的靜電放電問題，靜電放電設計的條件變得更加苛刻。

在全芯片靜電放電防護系統中，電路的電源線和地線之間需要增加靜電放電箝位電路，以在靜電放電發生時形成從電源線到地線的泄放路徑。常見的靜電放電箝位電路由觸發電路和箝位器件組成，觸發電路負責檢測靜電放電并發送信號給箝位器件。箝位器件得到靜電放電信號后就會打開，形成一個低阻通路來泄放靜電放電電荷。一種常用的靜電放電箝位電路是RC觸發的靜電放電箝位電路，它可以快速檢測靜電放電，并開啟箝位器件。但是，隨著電路工作速度越來越快，特別是一些高速電路中，電源上電速度也在提高，可以達到微秒級甚至更快的上電速度。這樣RC觸發的靜電放電箝位電路就可能誤把一些快上電事件當作靜電放電，從而發生誤觸發。

相比于RC觸發的靜電放電箝位電路，電壓觸發的靜電放電箝位電路具有對快速上電事件免疫的優點，即只有當電源上的電壓超過開啟電壓而處于電過應力情況時，靜電放電箝位電路才打開，而與上電速度無關。圖1顯示了基本的電壓觸發的靜電放電箝位電路，由觸發電路和箝位器件組成，其中箝位器件是一個具有很大尺寸的N型金屬氧化物場效應晶體管（NMOSFET）Mn1，NMOS管Mn1的開關狀態由觸發電路控制，靜電放電電荷通過NMOS管Mn1泄放。由二極管串D1～D4和電阻R1組成的觸發電路，其開啟電壓為所有二極管開啟電壓之和，超過了正常工作時的電源電壓，因此在芯片正常工作時，這個觸發電路不導通，流過的電流極小，所以電阻上的電壓降可看作0，也就是說NMOS管Mn1的柵極電壓為0，所以NMOS管Mn1是關斷的。當靜電放電來臨時，電源電壓上升到較高水平，超過了觸發電路的開啟電壓，觸發電路中有電流流過，電阻R1上產生電壓降，NMOS管Mn1的柵極電壓升高，那么NMOS管Mn1打開，從而泄放靜電放電電荷，起到保護作用。

但是，圖1所示的電壓觸發的靜電放電箝位電路中，箝位器件NMOS管Mn1的泄放效率較低。這是因為在靜電放電時，在電源電壓超過開啟電壓以后，NMOS管Mn1的柵極驅動電壓Vg逐漸升高，此時有Vg=VDD-4Vton，Vton是一個二極管的導通電壓，VDD是電源電壓。所以柵極驅動電壓Vg總是比VDD低4個二極管導通電壓之和，即NMOS管Mn1的柵極電壓不夠高，NMOS管Mn1不能充分開啟，泄放效率較低。

現有技術中，由于箝位器件的泄放效率較低，通常就需要增大箝位器件的尺寸，來滿足一定的防護要求。也就是說雖然箝位器件單位面積上泄放的電流較小，但是由于箝位器件的尺寸增大，因此箝位器件泄放的總電流會提高，從而滿足一定的防護要求。顯然這種方法增大了版圖面積，增加了制造成本。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提出一種帶有反饋加強的電壓觸發的靜電放電箝位電路，以提高靜電放電時箝位器件的柵極電壓，使得箝位器件充分開啟，從而提高箝位器件的泄放效率，減小箝位器件的版圖面積。

為實現上述目的，本發明包括：

觸發電路，用于感應靜電放電，并為后級電路提供偏置電壓；

箝位器件，用于在靜電放電發生時開啟，以泄放靜電放電電荷；

其特征在于，觸發電路與箝位器件之間連接有反饋電路，該反饋電路用于在靜電放電時加強觸發信號，輸出高的柵極驅動電壓給箝位器件，提高箝位器件的泄放效率；該反饋電路包括PMOS管Mp1，NMOS管Mn1和第二電阻R2；

所述PMOS管Mp1，其源極連接到電源電壓VDD，其柵極連接到觸發電路輸入的偏置電壓Vb，其漏極通過第二電阻R2連接到地電壓VSS；