[发明专利]一种用于低压ESD防护的双向DCSCR器件

说明书

本发明属于静电放电(Electro‑Static discharge，简称ESD)保护电路设计领域，尤指二极管直连触发的可控硅整流器(Diode‑Connected Silicon Controlled Rectifier，简称DCSCR)，具体提供一种用于低压ESD防护的双向DCSCR器件，该器件为二端器件，可以用于低压任意的IO端口与电源之间提供ESD保护，对正反向的ESD事件，该器件均能做出快速的响应。本发明能够提供双向的ESD防护，且具有低触发电压、高泄流能力、高稳定性等优点；同时，在优化连接方式后拥有更小的导通电阻，实现器件性能进一步优化；此外，在利用双向ESD防护器件组成ESD防护网络时，能够只使用一个双向ESD器件与RC Clamp协同组成ESD防护网络，显著减小版图面积；尤其适用于纳米工艺下的片上双向ESD防护需求。

技术领域

本发明属于静电放电(Electro-Static discharge，简称ESD)保护电路设计领域，尤指二极管直连触发的可控硅整流器(Diode-Connected Silicon ControlledRectifier，简称DCSCR)，具体为一种用于低压ESD防护的双向DCSCR器件。

背景技术

ESD现象在现实世界中无处不在，但在半导体芯片的生产、制造、封装运输以及用户使用过程中，却会对半导体芯片产生破坏性；当ESD来临时，其产生的瞬间高压静电脉冲将会通过芯片的外部管脚流入到芯片内部，使得内部电路的栅极发生不可逆的击穿，从而影响芯片的正常工作。随着集成电路的发展，集成电路的线宽进一步减小，MOSFET器件的栅氧层也越来越薄，使得集成电路芯片对ESD事件越来越敏感；研究发现，约有35％的芯片失效是由ESD事件引起的；因此，集成电路中ESD防护的研究及设计极其重要。

ESD脉冲电流可能会出现在任意两个端口之间，因此对任意的两个端口，均需要为其提供合适的泄流路径使得ESD电流能够快速地进行泄放。通常而言，在输入输出的IO端口，通常可选择的器件有GGNMOS、GCNMOS、二极管串、SCR等器件；而在电源轨线之间，即VDD到VSS亦或是VSS到VDD间，通常采用的解决方式为RC Clamp电路；这样一来，任意方向的ESD事件都可以得到有效的解决，使得被保护的内部电路能免受ESD事件的损坏。

在具体的电路中，为了应对各个方向的ESD事件，从而避免内部电路的损坏，通常需要在IO与VDD、IO与VSS以及VDD与VSS之间分别放置对应的器件进行ESD的防护。例如，如图1所示，位于VDD与IO、IO与VSS间的两个二极管器件，能够提供PD、NS两种模式下的ESD防护；而VDD与VSS之间的Power Clamp电路，可以提供DS与SD两种模式下的ESD防护；二极管与RC Clamp相互组合搭配可以提供PS、ND两种模式下的ESD防护，综上，便实现了全芯片的ESD防护。

DCSCR是一种低触发电压、低电容的ESD防护器件，当电路对于电容较为敏感时，可采用DCSCR代替二极管作为全芯片的防护器件，但如图2所示；尽管这样的策略可以提供ESD的全芯片防护，但针对于PS与ND两种模式而言，ESD泄流路径无疑是十分漫长的，这大大增加了内部电路的损坏风险，因此，双向ESD防护器件的设计是十分有必要的；如图3所示，双向的ESD防护器件组成的ESD防护网络对PS、ND模式都有良好的防护效果。此外，如图4所示，单个的双向ESD防护器件便可以同RC Clamp一起组成ESD的全芯片防护网络，能够在有效地节省版图面积的同时，不破坏ESD防护的完整性。