[发明专利]防过压击穿型输入级ESD保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路静电放电保护技术领域，更具体涉及一种防过压击穿型输入级ESD保护电路。

背景技术

静电放电(Electronic Static Discharge，ESD)是大量静电电荷在短时间内在不等电势的物体之间发生转移的过程，当ESD事件发生在芯片的不同管脚之间时，常常引起相应管脚之间的过压事件，由ESD事件引起的过压击穿是芯片失效的一大重要来源。

片上ESD保护设计一直以来是半导体工业界关于可靠性研究的重点和难点，输入级ESD保护电路是全芯片ESD保护策略的重要组成，其作用主要是确保输入级反相器栅氧化层的安全。

图1所示电路是传统工艺下一种常见的输入级ESD保护电路，在图1所示的电路中，发生于输入压焊点到地线V_SS之间的正向ESD冲击由于其泄放通路上的等效电阻最大，所以是设计面临的最坏情况。在最坏情况下，传统的设计利用电阻R_b的镇流效果，确保静电电荷通过二极管D₁和电源钳位ESD保护电路泄放到地，有效避免静电电荷对芯片输入级反相器和内部功能电路的损害。同时，在传统的工艺下，MOS晶体管的栅氧化层较厚，在最坏情况的ESD事件发生时，就算输入压焊点上出现短时的过压现象，并不会对输入级的栅氧化层造成击穿而导致失效。

随着集成电路工艺的不断进步，栅氧化层的厚度不断减薄，相应的，其击穿电压也不断减小，此时，传统的输入级ESD保护电路已经不再能有效保护输入级反相器的栅氧化层。增大图1中电阻R_b可以有效隔离输入级反相器的栅氧化层和输入压焊点，但是增大的电阻R_b会消耗更多的版图面积，同时，在芯片正常工作时，增大的电阻R_b会带来更大的信号衰减。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何有效设计输入级ESD保护电路，保证输入级反相器的栅氧化层在最坏情况的ESD冲击下不因击穿而导致失效，并强化芯片功能电路的潜在击穿弱点，同时，保证芯片正常工作时，数据能无衰减的传输。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种防过压击穿型输入级ESD保护电路，包括二极管模块、电源钳位ESD保护电路，其特征在于，还包括镇流模块、传输门模块以及直流电压探测模块；

所述二极管模块用于在压焊点与其它芯片引脚之间发生ESD冲击时，有效将静电电荷引导到设计好的泄放通路上，在芯片正常工作时，提供数据通路和电源线之间的隔离；

所述电源钳位ESD保护电路用于在电源线V_DD和地线V_SS之间传导ESD冲击带来的电荷，同时，在芯片正常工作时，电源钳位ESD保护电路处于严格的关断状态；

所述直流电压探测模块用于检测压焊点上是否发生过压现象，发生过压现象时，直流电压探测模块向传输门模块和镇流模块发出驱动信号，使压焊点与输入级反相器之间的电连接关系断开，并使输入级反相器与电源线V_DD之间的电阻变大，没有发生过压现象时，直流电压探测模块向传输门模块和镇流模块发出驱动信号保证数据的正常传输；

所述镇流模块，用于动态的改变输入级反相器PMOS晶体管M_p的源极与电源线V_DD之间的电阻，当ESD事件发生时，增大输入级反相器PMOS晶体管M_p的源极与电源线V_DD之间的电阻，确保静电电荷通过设计好的泄放通路泄放，在芯片正常操作时，大幅减小输入级反相器PMOS晶体管M_p的源极与电源线V_DD之间的电阻，确保电压不衰减；

所述传输门模块用于根据直流电压探测模块发出的信号，在过压事件发生时，断开压焊点与输入级反相器的栅氧化层间的电连接，同时，强制把输入级反相器的输入电压偏置到零，在芯片正常操作时，确保数据的正常传输。