[發(fā)明專利]一種基體分離N型功率管ESD電路和設(shè)置方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010518890.0
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111696982B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃勍隆;馮顯聲;閘鋼
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳能芯半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基體分離N型功率管ESD電路和設(shè)置方法，電路包括功率管的源極或漏極與主體之間存在寄生二極管，寄生二極管的正極連接主體，二極管的負(fù)極連接源極或漏極；主基體、地、N型隔離環(huán)之間存在有寄生PNP三極管，PNP三極管的發(fā)射極連接主體，其集電極連接地，基極連接N型隔離環(huán)，其基極與電源端之間連接有單向限流電路，用于限定電源端的電流流向PNP三極管的基極。本申請通過設(shè)置單向限流電路，限制流向寄生PNP三極管的電流，保證ESD時寄生PNP三極管截止，實現(xiàn)ESD時不破壞功率管。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基體分離N型功率管ESD電路和設(shè)置方法。

背景技術(shù)

常用的N溝道具有四節(jié)點結(jié)構(gòu)，包括漏極、柵極、源極和基體，對于各種硅工藝技術(shù)，4節(jié)點結(jié)構(gòu)在隔離CMOS N溝道Mosfet、隔離漏外延NMOS溝道Mosfet、隔離LDMOS N溝道功率Mosfet中普遍存在。

正常使用時，基體連接到源極，從而產(chǎn)生了一個源/體-漏二極管，當(dāng)柵源偏置為零時，該二極管在關(guān)斷狀態(tài)下可用作正向源/體--漏電壓偏置中的續(xù)流二極管或反向源/體--漏電壓偏置中的反向阻塞二極管。基體分離N型功率管還設(shè)置N型隔離環(huán)，N型隔離環(huán)連接電源，以使N型隔離環(huán)電壓確定，避免懸空引起的電壓漂移。

在雙向大電流應(yīng)用中，如在電池保護、負(fù)載共享開關(guān)、電源管理和電機驅(qū)動中，功率管中的流過的電流是雙向的，即一時段從源極流向漏極，另一時段，從漏極流向源極，此時的電路設(shè)計如圖1所示，圖中功率管NM1的基體是分離的，在BM1關(guān)閉而BM2打開時，源極與基體連接，功率管NM1中的電流是從VA到VB；而在BM2關(guān)閉而BM1打開時，漏極與基體連接，功率管NM1中的電流是從VB到VA。

當(dāng)引腳VA或/和VB通過焊點連接到外部引腳時，必須進行靜電放電（ESD）保護，ESD保護是引腳針對電源（Vdd）或地（Gnd）或其他引腳的保護，包括正向和負(fù)向放電。

一般情況下，人體模型ESD保護為2000V，目前典型的ESD保護電路是，如圖2所示，在VDD引腳處，設(shè)置折返型ESD保護二極管D1，在VB引腳處，設(shè)置折返型ESD保護二極管D2，在VA引腳處，設(shè)置折返型ESD保護二極管D3， D1/D2/D3的另一端接地，用于提供正負(fù)ESD放電路徑。為了實現(xiàn)ESD，D1/D2/D3的尺寸通常都很大。

在有些特定應(yīng)用的情況下，如電池保護中，VA引腳直接連接地，VB的電壓可以低于地，此時就不需要D3， 由于D2會將電流從地流向VB，也不適合這種結(jié)構(gòu)，為解決上述問題，在VA引腳直接連接地，VDD通過D1連接到地，從VDD連接折返型保護二極管D4到VB引腳，D4的正端接VB，對于D4就需要耐高壓，特定的半導(dǎo)體工藝可能無法提供所需的高壓器件，即使有也由于耐高壓需要增大面積而使成本增加。因此，如何實現(xiàn)在降低成本的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)ESD是目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基體分離N型功率管ESD電路和設(shè)置方法，基于基體分離N型功率管結(jié)構(gòu)，利用基體、地、N型隔離環(huán)之間存在的寄生PNP三極管，通過設(shè)置單向電流，或限制流向寄生PNP三極管的電流，限制寄生PNP三極管導(dǎo)通，實現(xiàn)ESD時保護功率管。

本發(fā)明的上述發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)：

一種基體分離N型功率管ESD電路，功率管的源極或漏極與基體之間存在寄生二極管，寄生二極管的正極連接基體，二極管的負(fù)極連接源極或漏極；基體、地、N型隔離環(huán)之間存在有寄生PNP三極管，PNP三極管的發(fā)射極連接基體，其集電極連接地，基極連接N型隔離環(huán)，其基極與電源端之間連接有單向限流電路，用于限定電源端的電流流向PNP三極管的基極。

本發(fā)明進一步設(shè)置為：單向限流電路包括二極管，二極管的正極連接電源端，負(fù)極連接到PNP三極管的基極，限制電流單向流動。