[發明專利]一種雙向內嵌MOS管的靜電浪涌防護集成電路及方法

有效

• 申請號: 202111472592.3
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114069583B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 梁海蓮;馬琴玲
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H02H9/04
• 分類號: H02H9/04;H01L27/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種雙向內嵌MOS管的靜電浪涌防護集成電路及方法，屬于集成電路的靜電放電及浪涌防護領域。所述集成電路包括：穩壓鉗位電路、NMOS開關控制電路和主電流泄放電路。本發明利用兩個穩壓二極管構成穩壓鉗位電路，為集成電路內部NMOS開關控制電路提供持續穩定的電壓，避免了使用外部電源提供控制電壓造成面積利用率低的問題；同時，利用主電流泄放電路提供大電流泄放路徑，增強電路的魯棒性。本發明的集成電路具有面積效率高、開啟速度快、靜電或浪涌魯棒性強及雙向靜電或浪涌防護等優點，可應用于集成電路雙向數據收發端口和通信端口，也可用于工作電壓在3至6V的正反向供電的電子設備電源端口或插拔接口。

技術領域

本發明涉及一種雙向內嵌MOS管的靜電浪涌防護集成電路及方法，屬于集成電路的靜電放電及浪涌防護領域。

背景技術

靜電放電(ESD)是指處于不同電勢的物體之間的靜電荷的轉移現象，一般靜電荷轉移發生在很短的時間內，約百納秒內；電氣過應力(EOS)是指超過產品正常工作電壓或電流的一種電學損壞現象，例如長時間放電或者大電流沖擊(雷擊浪涌現象)等。目前ESD或EOS現象是造成集成電路內部損壞及電子產品功能失效的一個主要原因。

隨著科技的高速發展，人們對手持式移動設備、汽車電子、個人PC以及手機等高密度集成電路(IC)芯片的功能和性能需求日益提升，系統穩定、性能優越且不易損壞的電子產品的市場需求日益凸顯。因此設計具有高效能、低寄生、強魯棒性又能適用于電子產品便攜性或小型化等需求的高效能靜電或浪涌保護集成電路芯片，是提升電子產品可靠性的重要研究方向。

由于ESD是雙向的事件，因此在兩個管腳之間都有可能出現任意的正負極組合。目前單向靜電或浪涌防護芯片只能用于正向電壓范圍的接口，如數字信號輸入的USB、HDMI以及其他正向電壓接口中。而雙向的靜電或浪涌防護芯片由于具有對稱的正負擊穿電壓，可以用于有正負電壓范圍的任何接口，對于單通道的雙向靜電或浪涌來說，I/O和地可以靈活接在任意管腳。但傳統雙向靜電或浪涌防護芯片通常是在一個管教上放置兩個完全相同的單向靜電或浪涌防護芯片作為互補電路，此時負載電容也會因此加倍，因此有必要設計出具有雙向互補特性而又不增加額外負載的雙向靜電或浪涌防護芯片。

常見的靜電或浪涌保護網絡主要包括二極管(Diode)、雙極型晶體管(BJT)、金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)、橫向與縱向擴散MOSFET(LDMOS/VDMOS)以及可控硅整流器(SCR)等電路單元。柵接地NMOS(GGNMOS)主要是在ESD發生時利用寄生的三極管電路傾瀉漏極的ESD電流，雖然它具有工藝兼容性良好的優勢，但是，它也可能會存在GGNMOS尚未開啟，內部被保護電路的柵氧已先被擊穿，或者其ESD導通電阻較高、魯棒性很差等問題。與GGNMOS類似，柵接高電位PMOS(GDPMOS)也存在導通電阻較高、魯棒性較差的問題。在雙向情況下，NMOS以及PMOS通常會添加互補電路用以實現雙向對稱的功能，這導致額外面積的增加，若僅使用單個NMOS或單個PMOS，則需要額外的電源端口用以提供柵電位，不符合單通道雙向防護需求。

發明內容

為了解決目前雙向靜電浪涌防護集成電路中，MOS晶體管柵電位難以調控、魯棒性差、防護效能較低、面積效能低等問題，本發明提供了一種雙向內嵌MOS管的靜電浪涌防護集成電路及方法。

本發明的第一個目的在于提供一種雙向內嵌MOS管的靜電浪涌防護集成電路，所述靜電浪涌防護集成電路包括：穩壓鉗位電路、NMOS開關控制電路和主電流泄放電路；