基于CMOS多功能數(shù)字芯片的ESD保護(hù)電路設(shè)計(jì)

對(duì)CMOS集成電路連接到壓點(diǎn)的輸入端常采用雙二極管保護(hù)電鍍，圖2所示為常見的ESD保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)：雙二極管保護(hù)電路。二極管D1是和PMOS源、漏區(qū)同時(shí)形成的，是p+n-結(jié)構(gòu)，二極管D2是和NMOS源、漏區(qū)同時(shí)形成的，是n+p-結(jié)構(gòu)。當(dāng)壓點(diǎn)相對(duì)地出現(xiàn)負(fù)脈沖應(yīng)力，則二極管D2導(dǎo)通，導(dǎo)通的二極管和電阻形成ESD電流的泄放通路。當(dāng)壓點(diǎn)相對(duì)地出現(xiàn)正脈沖應(yīng)力，使二極管D2擊穿，只要二極管D2擊穿電壓低于柵氧化層的擊穿電壓，就可以起到保護(hù)作用。類似的，當(dāng)壓點(diǎn)相對(duì)電源出現(xiàn)正脈沖或負(fù)脈沖應(yīng)力，二極管D1起保護(hù)作用，提供靜電荷的泄放通路。
這兩個(gè)二極管把加到輸入級(jí)MOS晶體管柵極的電壓范圍如式(1)所示。
-0．7VinVDD+0．7 (1)
假設(shè)二極管的正向?qū)妷菏?．7 V。電阻的作用是限制流過二極管的電流。由于ESD應(yīng)力電壓都是短暫的脈沖信號(hào)，只要電流不是非常大，二極管不會(huì)被燒壞，可以持續(xù)起保護(hù)作用。圖2中使用二極管作為I／O端的ESD保護(hù)電路，主要提供PD和NS模式下的電流泄放通路，但對(duì)于ND模式和PS模式，二極管處于反偏狀態(tài)，反偏箝位電壓過高，電流泄放能力較弱，導(dǎo)通電阻較高，使箝位能力不夠，且產(chǎn)生的熱量較大。

圖3中電路主要用于雙極工藝，采用一個(gè)基極接VDD地PNP三極管和一個(gè)基極接地的NPN三極管共同構(gòu)成ESD保護(hù)電路。采用這種保護(hù)電路，相對(duì)于二極管，在ND和PS模式下，可以工作在Snapback狀態(tài)，具有較強(qiáng)的電流泄放能力和較低的維持電壓。

2 ESD保護(hù)電路
對(duì)深亞微米CMOS集成電路，柵氧化層的擊穿電壓很小，常規(guī)二極管的擊穿電壓較大，不能起到很好的保護(hù)作用。因此可以增加離子注入提高二極管的襯底濃度，形成p+n+和n+p+結(jié)構(gòu)來降低二極管的擊穿電壓。