[發明專利]一種直流觸發型電源鉗位ESD保護電路

在審

• 申請號: 201410461041.0
• 申請日: 2014-09-11
• 公開（公告）號: CN104347622A
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發明（設計）人: 王源;陸光易;曹健;賈嵩;張興
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 郝瑞剛

技術領域

本發明涉及集成電路芯片靜電放電(Electronic?Static?Discharge，ESD)保護領域，尤其涉及一種直流觸發型電源鉗位ESD保護電路。

背景技術

半導體集成電路芯片的ESD保護設計一直是半導體業界關于可靠性設計的重點和難點。隨著半導體工藝的不斷進步，集成電路ESD設計的窗口不斷變窄，片上ESD保護變得越發困難。用作片上ESD保護的結構應該具有如下的特點：觸發電壓應高于芯片的正常操作電壓，同時低于芯片內部器件的失效電壓；維持電壓要高于芯片的正常工作電壓，同時，二次擊穿電流要盡可能的大，開啟電阻要盡可能的小。

電源鉗位ESD保護電路是放置于電源線與地線之間的ESD保護單元，其作用是在不同模式的ESD沖擊發生時，保證芯片電源線上不出現過壓的現象，以此避免內部器件因過壓而產生失效。常見的電源鉗位ESD保護電路用瞬態探測模塊來識別ESD事件，當探測到有ESD事件時，泄放晶體管迅速轉入開啟狀態，泄放靜電電荷，保證芯片內部器件的安全。瞬態探測機制的弊病在于：泄放晶體管容易被瞬態噪聲誤觸發，造成不必要的功率損耗。直流觸發型電源鉗位ESD保護電路探測的是電源線上電壓的幅值，當電壓幅值大到一定程度之后，觸發電路提供有效信號給泄放晶體管，用以泄放靜電電荷來確保內部器件的安全。

附圖1和附圖2所示為現有技術中的直流觸發型電源鉗位ESD保護電路，工作原理是：電阻和二極管串決定保護電路的直流觸發電壓，當電源線上的電壓超過此直流觸發電壓，泄放晶體管打開泄放靜電電荷，與此同時，反饋晶體管(M_fb)也被觸發。M_fb被觸發有兩個好處：一是確保泄放晶體管在ESD事件的整個期間內都保持在開啟狀態；二是確保泄放晶體管的關斷電壓比開啟電壓小，使得靜電電荷泄放更加完全。

在先進的集成電路工藝里，器件的失效電壓不斷減小，要實現有效的芯片ESD保護，電源鉗位ESD保護電路的觸發電壓也應該相應的減小。由此，附圖1和附圖2所示的電源鉗位ESD保護電路存在如下問題：附圖1所示的保護電路使用電阻加兩個二極管的探測方案，雖然能夠實現較小的觸發電壓，但是在正常偏置下的漏電很大；附圖2所示的保護電路使用的電阻加四個二極管的探測方案，能夠保證正常偏置時的漏電較小，但是不能滿足較小觸發電壓的需求。

因此，針對以上不足，需要提供一種直流觸發型電源鉗位ESD保護電路，使得保護電路在芯片正常工作時漏電很小；在ESD事件發生時，其觸發電壓和維持電壓能落在先進工藝下ESD防護窗口范圍內，形成有效的ESD保護，確保內部器件的安全。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是在保證正常偏置下漏電流小的前提下，實現在ESD事件發生時，觸發電壓和維持電壓落在先進工藝下ESD防護窗口范圍內。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種直流觸發型電源鉗位ESD保護電路，放置于芯片的電源線V_DD和地線V_SS之間，所述直流觸發型電源鉗位ESD保護電路包括

泄放晶體管M_big，用于泄放靜電電荷；

直流電壓探測電路，連接于所述電源線V_DD與所述地線V_SS之間，并與所述泄放晶體管M_big相連接；用于判別所述電源線V_DD上的脈沖是否為靜電放電脈沖，若是，則發送相應信號給所述泄放晶體管M_big；

其中，所述直流電壓探測電路包括電阻R_g，所述電阻R_g的一端與所述地線V_SS相連，用于保證在芯片正常工作時，所述泄放晶體管M_big的柵極有一個直流到地的通路，使所述泄放晶體管M_big保持在關斷狀態。

優選地，所述泄放晶體管M_big為NMOS晶體管，所述泄放晶體管M_big的源極與所述地線V_SS相連，所述泄放晶體管M_big的漏極與所述電源線V_DD相連，所述泄放晶體管M_big的柵極與所述電阻R_g的另一端相連。