[發明專利]一種用于低壓ESD防護的雙向DCSCR器件

有效

• 申請號: 202111026423.7
• 申請日: 2021-09-02
• 公開（公告）號: CN113838847B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 劉志偉;陳樂;李慶颯;耿林;杜飛波;侯飛;韓傲然;張鈺鑫
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 甘茂

本發明屬于靜電放電(Electro?Static?discharge，簡稱ESD)保護電路設計領域，尤指二極管直連觸發的可控硅整流器(Diode?Connected?Silicon?Controlled?Rectifier，簡稱DCSCR)，具體提供一種用于低壓ESD防護的雙向DCSCR器件，該器件為二端器件，可以用于低壓任意的IO端口與電源之間提供ESD保護，對正反向的ESD事件，該器件均能做出快速的響應。本發明能夠提供雙向的ESD防護，且具有低觸發電壓、高泄流能力、高穩定性等優點；同時，在優化連接方式后擁有更小的導通電阻，實現器件性能進一步優化；此外，在利用雙向ESD防護器件組成ESD防護網絡時，能夠只使用一個雙向ESD器件與RC?Clamp協同組成ESD防護網絡，顯著減小版圖面積；尤其適用于納米工藝下的片上雙向ESD防護需求。

技術領域

本發明屬于靜電放電(Electro-Static?discharge，簡稱ESD)保護電路設計領域，尤指二極管直連觸發的可控硅整流器(Diode-Connected?Silicon?ControlledRectifier，簡稱DCSCR)，具體為一種用于低壓ESD防護的雙向DCSCR器件。

背景技術

ESD現象在現實世界中無處不在，但在半導體芯片的生產、制造、封裝運輸以及用戶使用過程中，卻會對半導體芯片產生破壞性；當ESD來臨時，其產生的瞬間高壓靜電脈沖將會通過芯片的外部管腳流入到芯片內部，使得內部電路的柵極發生不可逆的擊穿，從而影響芯片的正常工作。隨著集成電路的發展，集成電路的線寬進一步減小，MOSFET器件的柵氧層也越來越薄，使得集成電路芯片對ESD事件越來越敏感；研究發現，約有35％的芯片失效是由ESD事件引起的；因此，集成電路中ESD防護的研究及設計極其重要。

ESD脈沖電流可能會出現在任意兩個端口之間，因此對任意的兩個端口，均需要為其提供合適的泄流路徑使得ESD電流能夠快速地進行泄放。通常而言，在輸入輸出的IO端口，通常可選擇的器件有GGNMOS、GCNMOS、二極管串、SCR等器件；而在電源軌線之間，即VDD到VSS亦或是VSS到VDD間，通常采用的解決方式為RC?Clamp電路；這樣一來，任意方向的ESD事件都可以得到有效的解決，使得被保護的內部電路能免受ESD事件的損壞。

在具體的電路中，為了應對各個方向的ESD事件，從而避免內部電路的損壞，通常需要在IO與VDD、IO與VSS以及VDD與VSS之間分別放置對應的器件進行ESD的防護。例如，如圖1所示，位于VDD與IO、IO與VSS間的兩個二極管器件，能夠提供PD、NS兩種模式下的ESD防護；而VDD與VSS之間的Power?Clamp電路，可以提供DS與SD兩種模式下的ESD防護；二極管與RC?Clamp相互組合搭配可以提供PS、ND兩種模式下的ESD防護，綜上，便實現了全芯片的ESD防護。

DCSCR是一種低觸發電壓、低電容的ESD防護器件，當電路對于電容較為敏感時，可采用DCSCR代替二極管作為全芯片的防護器件，但如圖2所示；盡管這樣的策略可以提供ESD的全芯片防護，但針對于PS與ND兩種模式而言，ESD泄流路徑無疑是十分漫長的，這大大增加了內部電路的損壞風險，因此，雙向ESD防護器件的設計是十分有必要的；如圖3所示，雙向的ESD防護器件組成的ESD防護網絡對PS、ND模式都有良好的防護效果。此外，如圖4所示，單個的雙向ESD防護器件便可以同RC?Clamp一起組成ESD的全芯片防護網絡，能夠在有效地節省版圖面積的同時，不破壞ESD防護的完整性。