[发明专利]采用分布式低电压钳位器件的通路共用的高电压ESD保护

说明书

技术领域

本发明涉及具有ESD保护的集成电路。

背景技术

在集成电路(IC)的应用中，在一个设计中典型地使用不同的电源域。例如液晶显示(LCD)驱动器、用于汽车应用的IC、电源管理IC等等。

经常在CMOS(互补金属氧化物半导体)技术中实现这些IC。这些IC中的晶体管在不同的电压域中操作，从而必须具有不同的掺杂浓度和不同的栅极厚度。在一个特定的电压域中，电压越高，最小晶体管尺寸必须越大。

为了保证晶体管不被电流峰值或电压峰值损坏，这种CMOS IC必须防止静电放电(ESD)。

各个晶体管的设计必须满足已知的ESD要求。关于所用的ESD钳位器件，可以概括要求如下：

-每个电源域需要一个ESD保护。这意味着在两个电源轨(powerrail)之间必须实现ESD通路，这在正ESD应力和负ESD应力情况下是优选的。通常使用电源域中的一个作为基准，以及在基准电源域和每个电源域之间构建ESD通路，从而提供整体ESD思想。通常，在CMOS IC中，由于接地电源轨在芯片的各处都使用，所以把接地电源轨(与衬底连接)作为基准。

-进一步地，需要足够数量的钳位器件来保证电源布线(routing)上的电压降不会太大以免给IC中的其它某处带来损坏。

-每个钳位器件必须足够大用以传输ESD电流。

-由于在不同电压域中采用不同钳位器件，因此设计变得困难而且对所有类型的现有钳位器件是不可行的。

在ESD思想中，除了电源轨之间的ESD通路，还必须提供从每个IC插脚(外部端子)到适当电源轨的ESD通路。这里所描述的本发明不影响ESD思想中用于插脚到轨道保护的部分，因此不进一步讨论这个部分。

这些要求产生以下两个问题。(1)芯片的一大部分面积被用于ESD保护器件。(2)IC的电源布线和平面布局必须考虑ESD钳位器件的最佳布局和连接。除了传统的设计规则，后者是必须遵守的附加要求。

通常使用电源域中的一个作为基准。通常如上所述，地线(衬底)被用于这个目的。图1描述了这个“经典的”ESD思想，其中给出了具有不同电压值的五个不同电源轨(V₁到V₅)。采用钳位器件C1到C4用以把每个电源轨钳位到衬底电源电压V₁。另外，为了保证从较低电源轨到较高电源轨存在短的ESD应力通路，可以采用二极管。这个描述只是一个典型的实例。应该理解实际的实现依赖特定的技术和所用电压的范围。

在上下文中提到了用于较高电压域的钳位器件(例如，图1中的钳位器件C1)使用高电压器件，该高电压器件要求较大的面积。另外，在设计布局中，每个钳位器件和/或二极管需要被放置几次。

发明内容

本发明的目的是提供一种集成电路，其中一方面，与传统的ESD保护解决办法相比，减少了ESD电路所需的芯片面积，以及另一方面，满足了ESD保护要求(标准)。

本发明的目的是提供改良的和更灵活的ESD保护方案。

根据权利要求1的集成电路(IC)实现了这些方面及其它目的。在独立的权利要求中给出了进一步有利的实现。

根据本发明，给具有几个不同电压轨的集成电路提供了新颖而且有创造性的片上ESD保护电路。片上ESD保护电路至少包括一组ESD钳位器件。如果集成电路中有具有不同电源电压值的n个不同电压轨，则这组ESD钳位器件就包括n-1个ESD钳位器件。该n-1个ESD钳位器件被布置为梯状结构，其中所述n-1个ESD钳位器件中的一个被插入所述n个电源轨中的每一个和具有其次较低电压的各个电源轨之间。由于ESD钳位器件的梯状结构，在所述n个电源轨中的每一个和具有其次较低电压的电源轨之间提供了直接的ESD电流通路。这个通路不通过ESD基准线，因此较短。

根据本发明的优选实施例，具有多组ESD钳位器件并且ESD钳位器件被分布在所述的集成电路上。

在有利的实现中，在ESD的情况下确立了轨道间电流通路。这些轨道间电流通路从所述n个电源轨中的任何一个或者直接流到具有其次较低电压的各个电源轨或者流到具有其次较高电压的各个电源轨。

连同详细的描述，提出了进一步有利的实施例。

附图说明

为了更全面的描述本发明和为了描述本发明的进一步目的和优点，结合附图参考以下描述，其中：

图1是利用ESD基准电源域的传统ESD保护方案的示意图；

图2A是根据本发明的第一实施例的有创造性的轨道间ESD钳位器件的梯状布置的示意布局示图；