一种基于SOI工艺的RC电路触发双向ESD保护电路制造技术

本发明专利技术属于集成电路的静电放电(ESD：Electro‑Static discharge)保护领域，具体提供一种RC电路触发的双向ESD保护电路；该电路能够基于SOI工艺实现，通过将改进后的桥式整流电路加入RC触发的ESD保护电路中使得该电路有RC触发的ESD保护电路的特点同时能实现双向保护；该双向ESD保护电路，当ESD事件到达时，钳位器件有很低的触发电压能够快速开启泄放ESD电流，而在电路正常工作时，钳位器件的触发电压较高无法触发，因此保持高阻状态；同时，该保护电路适用于被保护输入端口有正负电压输入的情况，且适用于较窄的ESD设计窗口。

A RC Circuit Triggered Bidirectional ESD Protection Circuit Based on SOI Technology

The invention belongs to the field of ESD protection of integrated circuits, and provides a two-way ESD protection circuit triggered by RC circuit. The circuit can be realized based on SOI technology, by adding the improved bridge rectifier circuit to the ESD protection circuit triggered by RC, the circuit has ESD protection triggered by RC. The two-way ESD protection circuit can realize two-way protection at the same time. When the ESD event arrives, the clamp device has a low trigger voltage which can quickly turn on and release ESD current, while when the circuit is working normally, the trigger voltage of the clamp device is high and can not trigger, so it keeps a high resistance state. The circuit is suitable for the case of positive and negative voltage input at the protected input port, and for the narrower ESD design window.

【技术实现步骤摘要】
一种基于SOI工艺的RC电路触发双向ESD保护电路
本专利技术属于集成电路的静电放电(ESD：Electro-Staticdischarge)保护领域，具体涉及一种RC电路触发的双向ESD保护电路。
技术介绍
静电放电(Electro-Staticdischarge，简称ESD)现象是指具有不同电势的物体相互靠近或接触时发生的电荷转移现象。静电放电过程中，由于放电时间极短，会产生很大的电流，对于集成电路而言，这种大电流会损伤甚至烧毁内部器件，导致芯片失效；静电放电现象可能出现在芯片生产运输使用的各个环节，因此ESD防护措施对于芯片的可靠性而言是非常重要的。ESD保护方案的设计依赖于特定的ESD设计窗口；对于特定的电路，存在一定的工作电压VDD；为保证ESD保护器件不会影响电路的正常工作，要求在正常工作电压下ESD保护器件处于高阻状态；对于存在回滞特性的ESD保护器件，为了避免发生闩锁现象，要求其发生负阻现象后的最低电位(维持电压)需要高于工作电压，因此，ESD设计窗口的下限就是电路的电源电压，ESD设计窗口的上限由被保护器件所能承受的最大安全电压决定；图1(a)是一个具有回滞特性的ESD保护器件的设计窗口示意图，其中，VDD是被保护电路的电源电压，Vsafe是被保护器件所能承受的最大安全电压，Vt1和It1为ESD保护器件的触发电压和触发电流，Vh和Ih为ESD保护器件的维持电压和维持电流，Vt2和It2为ESD保护器件的二次击穿电压和二次击穿电流。在具体的应用电路中，存在输入端口有正负电压输入的情况，在这种情况下，ESD设计窗口就需要考虑负电压的情况；图1(b)所示为具有回滞特性的双向ESD保护器件的双向ESD设计窗口，双向ESD设计窗口包括正极和负极两个窗口，每个ESD设计窗口对器件的I-V特性的要求同普通的单向ESD设计窗口一致(见图1(a))；相比普通的单向ESD设计窗口，双向ESD设计窗口要求ESD保护器件在不同极性的电压下的I-V特性相同，但是，对于普通的ESD保护器件，在正负电压下，表现出来的特性是完全不同的；图1(c)是单向具有回滞特性的ESD保护器件的I-V曲线，从图中可以看出，当输入电压为负时，器件特性与二极管类似，这样的单向ESD保护器件是无法满足双向ESD设计窗口的要求。图2所示为一个传统的RC触发的ESD保护电路的电路图，ESD设计窗口可能由于被保护电路的要求而变得非常小，即VDDmax和Vsafe相差非常小，对于该种电路，一般的ESD保护器件无法适用，所以需要使用RC触发的ESD保护电路；传统的RC触发ESD保护电路利用RC电路探测输入电压的上升沿来触发钳位器件开启泄放ESD电流，当输入电压上升时间很短时，RC电路的电容来不及充电，电阻R上会降落很大电压，使得三级反相器链(虚线框内标示部分)的输入端为低电平，从而使得钳位NMOS管N7的栅压为高，使其开启；当输入电压上升时间长时，电容电压会跟随输入电压，使得反相器输入高电平，从而N7栅压为低，保持关断状态，RC触发的ESD保护电路的工作原理使其适用于窄设计窗口的电路保护；但是，传统RC触发的ESD保护电路的触发电路的正负I-V特性不对称，只能适用于单向的ESD设计窗口，图2所示的RC触发ESD保护电路，就要求输入电压VDD为正，VSS为负，若极性相反钳位MOS管的寄生二极管会导通；即使钳位器件使用双向器件，普通的RC触发电路也无法保证在不同模式的ESD脉冲条件下正常触发钳位器件，所以无法应用于需要双向ESD保护器件的场合。对于一些既需要使用双向ESD保护器件，同时设计窗口非常窄的情况下，就需要一种在不同极性的输入电压下都能够正常触发钳位器件的RC触发电路的结构，本专利技术即提出了一种RC电路触发的双向ESD保护电路可以满足上述的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述
技术介绍
的缺陷提供一种RC电路触发的双向ESD保护电路，该保护电路能够在不同极性输入电平下正确触发钳位器件，适用于设计窗口非常窄的双向ESD保护器件。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于SOI工艺的RC电路触发双向ESD保护电路，其特征在于，所述电路包括桥式整流电路(100)、触发电路(101)和ESD钳位器件(102)；所述桥式整流电路(100)的正极输入端口、负极输入端口分别与I/O端、地VSS端相连，正极输出端口、负极输出端口分别与触发电路(101)的正极输入端口(104)、负极输入端口(105)相连，所述触发电路(101)还有一个触发控制电压输出端(107)、与ESD钳位器件(102)的控制电压输入端相连，所述ESD钳位器件(102)的衬底电极与触发电路(101)的正极输入端(104)或负极输入端口(105)相连，而ESD钳位器件(102)的正极输入端口、负极输入端口分别与I/O端、地VSS端相连；所述桥式整流电路(100)包括四个二极管、两个NMOS管和两个PMOS管，其中，二极管D1阴极为桥式整流电路的正极输入端口；二极管D1阳极为桥式整流电路的负极输出端口，且与二极管D2阳极、NMOS管N1源极和衬底电极及NMOS管N2源极和衬底电极相连；二极管D2阴极与地VSS相连，二极管D3阳极与桥式整流电路的正极输入端口相连；二极管D3阴极为桥式整流电路的正极输出端口，且与二极管D4阴极、PMOS管P1源极和衬底电极及PMOS管P2源极和衬底电极相连；二极管D4阳极与桥式整流电路的负极输入端口相连；NMOS管N1栅极与桥式整流电路的负极输入端口相连，漏极与桥式整流电路的正极输入端口相连；NMOS管N2栅极与桥式整流电路的正极输入端口相连，漏极与桥式整流电路的负极输入端口相连；PMOS管P1栅极与桥式整流电路的负极输入端口相连，漏极与桥式整流电路的正极输入端口相连；PMOS管P2栅极与桥式整流电路的正极输入端口相连，漏极与桥式整流电路的负极输入端口相连。所述RC电路触发的双向ESD保护电路，其特征在于，所述触发电路(101)为RC触发电路，包括：RC电路和电压控制电路；所述RC电路包括：电容C1、电阻R1和NMOS管N3，其中，电阻R1一端为触发电路的正极输入端口(104)，另一端为RC电路的电压输出端、与电容C1的一端、NMOS管N3的栅极及电压控制电路的电压输入端(106)相连；电容C1的另一端与NMOS管N3的漏极相连，NMOS管N3的源极和衬底电极均与触发电路的负极输入端口相连；所述电压控制电路为三个NMOS管和五个PMOS管形成的带反馈的三级倒相器结构，倒相器的正、负电源端分别与触发电路的正极输入端口(104)、负极输入端口(105)相连；NMOS管N4和PMOS管P3形成第一级倒相器，其电压输入端为电压控制电路的电压输入端(106)、与RC电路的电压输出端相连；NMOS管N5、PMOS管P4和PMOS管P7形成第二级倒相器，其中，PMOS管P4和PMOS管P7为共源共栅结构，NMOS管N5和PMOS管P4的栅极与第一级倒相器的电压输出端相连，PMOS管P7的栅与触发电路的控制电压输出端(107)相连形成反馈；NMOS管N6和PMOS管P5形成第三级倒相器，该级倒相器的电压输出端为触发电路的控制电压输出端(107)；在第二级倒相器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SOI工艺的RC电路触发双向ESD保护电路，其特征在于，所述电路包括桥式整流电路(100)、触发电路(101)和ESD钳位器件(102)；所述桥式整流电路(100)的正极输入端口、负极输入端口分别与I/O端、地VSS端相连，正极输出端口、负极输出端口分别与触发电路(101)的正极输入端口(104)、负极输入端口(105)相连，所述触发电路(101)还有一个触发控制电压输出端(107)、与ESD钳位器件(102)的控制电压输入端相连，所述ESD钳位器件(102)的衬底电极与触发电路(101)的正极输入端(104)或负极输入端口(105)相连，而ESD钳位器件(102)的正极输入端口、负极输入端口分别与I/O端、地VSS端相连；所述桥式整流电路(100)包括四个二极管、两个NMOS管和两个PMOS管，其中，二极管D1阴极为桥式整流电路的正极输入端口；二极管D1阳极为桥式整流电路的负极输出端口，且与二极管D2阳极、NMOS管N1源极和衬底电极及NMOS管N2源极和衬底电极相连；二极管D2阴极与地VSS相连，二极管D3阳极与桥式整流电路的正极输入端口相连；二极管D3阴极为桥式整流电路的正极输出端口，且与二极管D4阴极、PMOS管P1源极和衬底电极及PMOS管P2源极和衬底电极相连；二极管D4阳极与桥式整流电路的负极输入端口相连；NMOS管N1栅极与桥式整流电路的负极输入端口相连，漏极与桥式整流电路的正极输入端口相连；NMOS管N2栅极与桥式整流电路的正极输入端口相连，漏极与桥式整流电路的负极输入端口相连；PMOS管P1栅极与桥式整流电路的负极输入端口相连，漏极与桥式整流电路的正极输入端口相连；PMOS管P2栅极与桥式整流电路的正极输入端口相连，漏极与桥式整流电路的负极输入端口相连。...

【技术特征摘要】
1.一种基于SOI工艺的RC电路触发双向ESD保护电路，其特征在于，所述电路包括桥式整流电路(100)、触发电路(101)和ESD钳位器件(102)；所述桥式整流电路(100)的正极输入端口、负极输入端口分别与I/O端、地VSS端相连，正极输出端口、负极输出端口分别与触发电路(101)的正极输入端口(104)、负极输入端口(105)相连，所述触发电路(101)还有一个触发控制电压输出端(107)、与ESD钳位器件(102)的控制电压输入端相连，所述ESD钳位器件(102)的衬底电极与触发电路(101)的正极输入端(104)或负极输入端口(105)相连，而ESD钳位器件(102)的正极输入端口、负极输入端口分别与I/O端、地VSS端相连；所述桥式整流电路(100)包括四个二极管、两个NMOS管和两个PMOS管，其中，二极管D1阴极为桥式整流电路的正极输入端口；二极管D1阳极为桥式整流电路的负极输出端口，且与二极管D2阳极、NMOS管N1源极和衬底电极及NMOS管N2源极和衬底电极相连；二极管D2阴极与地VSS相连，二极管D3阳极与桥式整流电路的正极输入端口相连；二极管D3阴极为桥式整流电路的正极输出端口，且与二极管D4阴极、PMOS管P1源极和衬底电极及PMOS管P2源极和衬底电极相连；二极管D4阳极与桥式整流电路的负极输入端口相连；NMOS管N1栅极与桥式整流电路的负极输入端口相连，漏极与桥式整流电路的正极输入端口相连；NMOS管N2栅极与桥式整流电路的正极输入端口相连，漏极与桥式整流电路的负极输入端口相连；PMOS管P1栅极与桥式整流电路的负极输入端口相连，漏极与桥式整流电路的正极输入端口相连；PMOS管P2栅极与桥式整流电路的正极输入端口相连，漏极与桥式整流电路的负极输入端口相连。2.按权利要求1所述RC电路触发的双向ESD保护电路，其特征在于，所述触发电路(101)为RC触发电路，包括：RC电路和电压控制电路；所述RC电路包括：电容C1、电阻R1和NM...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘继芝，曾耀辉，赵建明，李蛇宏，杨益东，
申请(专利权)人：电子科技大学，四川明泰电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51