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CMOS电路中ESD保护结构的设计原理与要求:BB娱乐App下载
来源:BB娱乐App下载    发布时间:2021-02-17 04:17:02

静电静电(ESD)是CMOS电路中特别严重的过热机制之一,如果非常严重,电路可能会自行烧毁。阐述了CMOS集成电路ESD维护的必要性,研究了CMOS电路中ESD维护结构的设计原理,分析了布局的拒绝,重点讨论了I/O电路中ESD维护结构的拒绝设计。

第一章静电静电不会对电子设备造成破坏性后果,是集成电路过热的主要原因之一。随着集成电路工艺的大发展,CMOS电路的特征尺寸将大大增大,管子的栅氧厚度更厚,芯片的面积更大,MOS管道能承受的电流和电压也更小,周围没有环境变化,因此需要进一步优化电路的抗ESD性能。最大限度地减少整个芯片的有效面积,ESD性能可靠性满足要求,不需要减少额外的流程步骤。

2ESD维护原理ESD维护电路旨在防止工作电路沦为ESD的静电路径而受到损伤,使给定两个芯片插槽之间再次发生的ESD能够通过适当的低电阻旁路将ESD电流引入电源线。这种低压旁路不仅能吸收ESD电流,还需要夹紧工作电路的电压,使工作电路不会因电压短路而受损。电路长时间工作时,防静电结构不能正常工作。

因此,ESD维护电路也应具有较高的运行稳定性。当ESD再次发生时,应能得到缓慢的召唤。

在保持电路的同时,防静电结构本身不能损坏。防静电结构的负面作用(例如推迟输出)必须在可拒绝的范围内,防止静电结构再次发生闩锁。3CMOS电路ESD维护结构设计大部分ESD电流发生在电路外部,因此ESD维护电路通常设计在PAD旁边,I/o电路内部。

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典型的I/o电路由输入驱动和输出接收器组成。ESD通过PAD引入芯片内部,因此I/O上的所有PAD所需的连接装置需要制造平行的ESD低压旁路,将ESD电流引入电压线,然后从电压线生产到芯片的每个针脚,从而减少ESD的影响。I/O电路是连接到PAD的输入驱动器和输出接收器,在ESD再次发生时,应绕过配置和维护电路段的低电阻路径、ESD电流,并立即有效地保持电路电压。

在这两个部分长时间工作时,不会影响电路的长时间工作。常用的ESD维护设备包括电阻、二极管、双极晶体管、MOS管、硅控制等。由于MOS管道与CMOS过程兼容较好,因此经常使用MOS管道结构来维护电路。

在CMOS工艺条件下,NMOS管有纵向宿主n-p-n (-p型衬里-漏水)晶体管,该宿主晶体管在打开时可以吸收大量电流。利用这种现象,可以在小区域内设计具有高ESD耐压值的维护电路。最常用的零件结构是闸门短路NMOS(GGNMOS,GateGroundedNMOS)。长时间工作时,NMOS纵向晶体管通。

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如果ESD再次发生,泄漏极和衬里的消费领域将再次发生雪崩,并预告电子洞对的发生。部分生成的空穴接近吸收院,其余流向衬里。由于没有衬里电阻Rsub,衬里电压上升。

当衬底和源之间的PN结为正时,电子从源飞向衬底。这些电子在源泄漏之间的电场中加速,产生电子、空穴的碰撞电离,形成更好的电子空穴对,流向n-p-n晶体管的电流大幅减少,最终导致NMOS晶体管再次进行第二次渗透,此时渗透仍然淤血,NMOS管就会受损。

(威廉莎士比亚,Northern Exposure(美国电视),ESD可以在ESD维护设备和GGNMOS之间施加阻力,以进一步减少输入驱动NMOS两端的电压。这个电阻不能太大,因为它不能影响工作信号。画版图时一般使用多晶硅电阻。只要使用第一次ESD维护,即使是大的ESD电流,电路内部的管道也会穿透。

GGNMOS因为ESD电流相当大,所以不能忽视衬里和金属连接的阻力。此时,GNMOS不能钳制输出接收门电压。输出接收栅硅层的电压超过通电压是因为GNMOS和输出接收基板之间的IR压降。为了防止这种情况,如图1右侧所示,可以在输出接收部附近的小GGNMOS上执行辅助ESD维护,用于钳制输出接收端栅极电压。

图1 ESD维护结构和等效电路很少。绘制地图时,应使第二ESD维护电路与输出接收端相邻,增加输出接收端与第二ESD维护电路之间的衬里和连接阻力。为了在小面积上绘制大尺寸的NMOS管道,要经常在版图上绘制手指形状,在版图上绘制时要严格遵循I/OESD的设计规则。

(威廉莎士比亚,《北方执行》(Northern Exposure))。。

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