專(zhuān)利名稱(chēng)：一種esd保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成芯片的保護(hù)電路的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及利用電荷泵 控制MOS管來(lái)觸發(fā)寄生的雙極型放電管的ESD保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
在集成電路IC芯片的制造工藝和最終的系統(tǒng)應(yīng)用中，都會(huì)出現(xiàn)靜電放電 (Electrostatic discharge ESD)的事件。這種靜態(tài)瞬間放電的相關(guān)能量極有可能 破壞當(dāng)前IC芯片中的脆弱器件。普通的IC芯片的保護(hù)電路請(qǐng)參閱

圖1,圖l為 芯片1的輸出管腳的ESD保護(hù)電路。芯片1與電源間靜電放電鉗制電路3連接， 通過(guò)NMOSl作一級(jí)保護(hù)，通過(guò)NMOS2作二級(jí)保護(hù)。主要是利用NMOS管上 寄生的雙極型晶體管進(jìn)行管進(jìn)行放電。傳統(tǒng)的芯片的輸出焊盤(pán)電路的保護(hù)電路， 請(qǐng)參閱圖2, —般是利用輸出焊盤(pán)上的CMOS輸出驅(qū)動(dòng)電路上寄生的雙極型晶 體管進(jìn)行放電。然而這些ESD的保護(hù)電路的存在承受的靜電放電事件的能力有 限。當(dāng)靜電放電事件的放電電壓較高時(shí)，容易導(dǎo)致寄生的放電管燒壞的問(wèn)題。通常為增大傳統(tǒng)ESD保護(hù)電路的過(guò)電流能力，通常會(huì)增大PMOS管/NMOS 管的尺寸來(lái)達(dá)到增大寄生晶體管的過(guò)電流能力。然而在目前的CMOS制作技術(shù) 中，在制作大尺寸的MOS管時(shí)，該MOS管的柵極采用指柵結(jié)構(gòu)，指柵中的分 柵下均存在著這樣的雙極型放電管單元。由于不同分柵下寄生的雙極型放電管 由于觸發(fā)導(dǎo)通的基極電壓的不同會(huì)使有的放電管先導(dǎo)通，有的放電管后導(dǎo)通。 導(dǎo)致大部分的靜電放電電流僅通過(guò)一兩個(gè)放電管。這樣會(huì)導(dǎo)致有的放電管可能 已經(jīng)被燒毀，而有的放電管還未導(dǎo)通，也就是存在靜電放電的過(guò)電流不均勻的 現(xiàn)象。傳統(tǒng)ESD保護(hù)電路的放電管由于依靠襯底的漏電流而導(dǎo)通，導(dǎo)致需要較 高的靜電放電電壓才有可能觸發(fā)放電管導(dǎo)通。這種ESD保護(hù)電路觸發(fā)電壓高的 問(wèn)題容易導(dǎo)致保護(hù)電路還沒(méi)有觸發(fā)，IC芯片內(nèi)部器件可能已被燒毀。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種ESD保護(hù)電路，可解決傳統(tǒng)ESD保護(hù)電路中靜 電放電時(shí)過(guò)電流不均勻的問(wèn)題以及傳統(tǒng)ESD保護(hù)電路觸發(fā)電壓高的問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的ESD保護(hù)電路，針對(duì)目前IC芯片的輸入焊盤(pán)的 保護(hù)電路，輸入焊盤(pán)的保護(hù)電路包括第二級(jí)保護(hù)管，電源總線(xiàn)和放電總線(xiàn)。該 保護(hù)電路還包括一4毛盡型的MOS管， 一厚氧化層管和電荷泵。電荷泵電源由電 源總線(xiàn)提供，與耗盡型的MOS管的柵極連接，用于當(dāng)芯片上電時(shí)，關(guān)閉耗盡型 MOS管。耗盡型MOS管的漏極與厚氧化層管的漏極連接并與輸入焊盤(pán)連接， 耗盡型MOS管的源極同時(shí)與耗盡型MOS管的襯底和厚氧化層管的襯底短接后 通過(guò)電阻與放電總線(xiàn)連接；厚氧化層管的柵極與厚氧化層管的源極和襯底短接 后與放電總線(xiàn)連接。厚氧化層管的漏極通過(guò)電阻與第二級(jí)NMOS保護(hù)管的漏極 連接，厚氧化層管的源極和第二級(jí)NMOS保護(hù)管的源極均與放電總線(xiàn)連接。其 中，耗盡型MOS管為耗盡型NMOS管，厚氧化層管為N型厚氧化層管，電荷 泵為負(fù)電荷泵。進(jìn)一步地，N型厚氧化層管采用長(zhǎng)溝道NMOS管替代。本發(fā)明的ESD保護(hù)電路針對(duì)目前IC芯片的輸出焊盤(pán)的保護(hù)電路，輸出焊盤(pán) 的保護(hù)電路包括由一NMOS和PMOS組成的CMOS輸出驅(qū)動(dòng)電路，放電總線(xiàn)， 電源總線(xiàn)。該保護(hù)電路還包括一耗盡型MOS管， 一厚氧化層管和電荷泵。電荷 泵電源由電源總線(xiàn)提供，與耗盡型MOS管的柵極連接，用于當(dāng)芯片上電時(shí)，關(guān) 閉耗盡型MOS管。耗盡型MOS管的漏極與厚氧化層管的漏極連接并與輸出焊 盤(pán)連接，厚氧化層管的漏極和源極分別與CMOS輸出驅(qū)動(dòng)電路中的NMOS管的 漏極和源極連接后連接到放電總線(xiàn)。其中，耗盡型MOS管為耗盡型NMOS管， 厚氧化層管為N型厚氧化層管，電荷泵為負(fù)電荷泵。進(jìn)一步地，N型厚氧化層 管采用長(zhǎng)溝道的NMOS管替代。更進(jìn)一步地，長(zhǎng)溝道的NMOS管可直接用CMOS 輸出驅(qū)動(dòng)電路中的NMOS管替代，將CMOS輸出驅(qū)動(dòng)中的NMOS管制作為長(zhǎng) 溝道的NMOS管，那么該長(zhǎng)溝道NMOS管的漏極與耗盡型NMOS管的漏極連 接后與輸出焊盤(pán)連接，耗盡型NMOS管的源極同時(shí)與CMOS中NMOS管的襯 底和耗盡型NMOS管的襯底短接后通過(guò)電阻與放電總線(xiàn)連接，CMOS輸出驅(qū)動(dòng) 中的NMOS管的源端與放電總線(xiàn)連接，CMOS中NMOS管的柵極與所述IC芯 片連接。
當(dāng)保護(hù)電路用于輸出焊盤(pán)的保護(hù)電路時(shí)，N型厚氧化層管/長(zhǎng)溝道的MOS 管的漏極和源極分別與CMOS輸出驅(qū)動(dòng)電路中的NMOS管的漏極和源極連接后 連接到放電總線(xiàn)，或N型厚氧化層管/長(zhǎng)溝道的MOS管用CMOS輸出驅(qū)動(dòng)電路 中的NMOS管替代，將CMOS輸出驅(qū)動(dòng)中的NMOS管的漏極與耗盡型NMOS 管的漏極連接后與輸出焊盤(pán)連接，耗盡型NMOS管的源才及同時(shí)與CMOS中 NMOS管的襯底和耗盡型NMOS管的襯底短接后通過(guò)電阻與放電總線(xiàn)連接， CMOS輸出驅(qū)動(dòng)中的NMOS管的源端與》文電總線(xiàn)連4妄，CMOS中NMOS管的 柵極與IC芯片連接。與傳統(tǒng)的ESD保護(hù)電路相比，本發(fā)明的ESD保護(hù)電路通過(guò)耗盡型MOS管 將靜電放電時(shí)過(guò)電流注入厚氧化層管下寄生的雙極型晶體管的基極，使得寄生 在厚氧化層管中的雙極型晶體管易于導(dǎo)通，從而降低整個(gè)保護(hù)電路的觸發(fā)電壓。 在制作大尺寸指柵結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)電路時(shí)，輸入/輸出焊盤(pán)上靜電放電電壓可耦 合到厚氧化層管的柵極，使得電子更容易由厚氧化層管的源極移動(dòng)到漏極，同 時(shí)由于耗盡型MOS管對(duì)寄生晶體管基極的電流注入使得大尺寸指柵結(jié)構(gòu)下厚氧 化層管中寄生的雙極型晶體管能同時(shí)大幅抬升基極電位而導(dǎo)通，從而解決傳統(tǒng) 大尺寸指柵結(jié)構(gòu)的MOS管的ESD保護(hù)電路存在的過(guò)電流不均勻的問(wèn)題。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的ESD保護(hù)電路作進(jìn)一步詳細(xì)具體的 描述。圖1是傳統(tǒng)IC芯片輸入焊盤(pán)保護(hù)電路示意圖。 圖2是傳統(tǒng)IC芯片輸出焊盤(pán)保護(hù)電路示意圖。圖3是本發(fā)明的ESD保護(hù)電路應(yīng)用到IC芯片輸入焊盤(pán)保護(hù)電路示意圖。 圖4是圖3中N型厚氧化層管采用N型長(zhǎng)溝道MOS管替代示意圖。 圖5是本發(fā)明的ESD保護(hù)電路應(yīng)用到IC芯片輸出焊盤(pán)保護(hù)電路示意圖。 圖6是圖5中N型厚氧化層管替代為N型長(zhǎng)溝道MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7是圖6中長(zhǎng)溝道MOS管直接采用CMOS管中NMOS管替代示意圖。 圖8是圖3的ESD保護(hù)電路的截面示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明ESD保護(hù)電路，請(qǐng)參閱圖3。針對(duì)IC芯片輸入焊盤(pán)2的保護(hù)電路， 本發(fā)明ESD保護(hù)電路包括耗盡型MOS管MOSl、厚氧化層管FOD以及電荷泵 5。電荷泵5的電源由電源總線(xiàn)VDD提供，其輸出與耗盡型MOS管MOS1的 柵極連接，當(dāng)IC芯片1上電時(shí)，電荷泵5輸出電壓控制MOSl關(guān)閉，不啟動(dòng)本 發(fā)明的保護(hù)電路。MOS1為耗盡型NMOS管，厚氧化層管FOD為N型厚氧化 層管，電荷泵5為負(fù)電荷泵。MOS1的漏極與厚氧化層管FOD的漏極連接并與 輸入焊盤(pán)2連接，MOS1的源極同時(shí)與MOS1的襯底和厚氧化層管FOD的襯 底短接后通過(guò)電阻R與放電總線(xiàn)VSS連接；厚氧化層管FOD的柵極與FOD的 源極和村底短接后與放電總線(xiàn)VSS連接。厚氧化層管FOD漏極與第二級(jí)保護(hù)管 NMOS2的漏極通過(guò)電阻R！連接，厚氧化層管FOD的源極和第二 MOS1的源極 均與放電總線(xiàn)VSS連接。請(qǐng)參閱圖4，圖3中厚氧化層管可采用長(zhǎng)溝道的NMOS管LNMOS替代，接，耗盡型NMOS管MOS1的源極同時(shí)與MOS1的襯底和長(zhǎng)溝道NMOS管 LNMOS的襯底短接后通過(guò)電阻R與放電總線(xiàn)VSS連接；長(zhǎng)溝道NMOS管 LNMOS的柵極與LNMOS的源極和襯底短接后與放電總線(xiàn)VSS連接。長(zhǎng)溝道 NMOS管LNMOS的漏極與第二級(jí)保護(hù)管NMOS2的漏極通過(guò)電阻Ri連接， LNMOS的源極和第二級(jí)保護(hù)管NMOS2的源極均與放電總線(xiàn)VSS連接。請(qǐng)參閱圖5，當(dāng)本發(fā)明的ESD保護(hù)電路應(yīng)用于IC芯片l的輸出焊盤(pán)4時(shí)。 輸出焊盤(pán)通常都連接有由一 NMOS和PMOS組成的CMOS電路。該保護(hù)電路 包括耗盡型MOS管MOS1,厚氧化層管FOD和電荷泵5。電荷泵5仍然與耗盡 型MOS管MOSl的柵極連接，用于當(dāng)芯片上電時(shí)，關(guān)閉耗盡型MOS管。其中， MOS1為耗盡型NMOS管，厚氧化層管FOD為N型厚氧化層管，電荷泵5為 負(fù)電荷泵。MOS1的漏極與厚氧化層管FOD的漏極連接并與輸出焊盤(pán)4連接， 耗盡型NMOS管MOS1的源極同時(shí)與MOS1的襯底和厚氧化層管FOD的襯底 短接后通過(guò)電阻R與放電總線(xiàn)VSS連接；厚氧化層管FOD的柵極與FOD的源 極和襯底短接后與放電總線(xiàn)VSS連接。厚氧化層管的漏極和源極分別與CMOS 中的NMOS管的漏極和源極相連。同樣此厚氧化層管FOD可采用長(zhǎng)溝道的
NMOS管LNMOS替代，請(qǐng)參閱圖6。長(zhǎng)溝道的NMOS管與其他元件的連接關(guān) 系與圖5中FOD與其他元件的連接關(guān)系一致，因此在這不再贅述。請(qǐng)參閱圖7，為減少制作的保護(hù)電路的面積，該ESD保護(hù)電路應(yīng)用到輸出 焊盤(pán)4的保護(hù)電路時(shí)，將CMOS中NMOS管直接制作為長(zhǎng)溝道的NMOS管， 從而可不必另外〗故長(zhǎng)溝道的NMOS管。將CMOS輸出驅(qū)動(dòng)中的NMOS管的漏 極與耗盡型NMOS管MOS1的漏極連接后與輸出焊盤(pán)4連接，MOS1的源極 同時(shí)與NMOS管的襯底和MOS1的襯底短接后通過(guò)電阻R與放電總線(xiàn)VSS連 接，NMOS管的源端與其自身的襯底短接后與放電總線(xiàn)VSS連接，NMOS管 的柵極與IC芯片l連接。選取何種接法的ESD保護(hù)電路可視對(duì)ESD保護(hù)電路的靜電保護(hù)電壓的要求 而定。請(qǐng)參閱圖8中對(duì)應(yīng)于圖3的ESD保護(hù)電路的截面圖，虛線(xiàn)框18內(nèi)所示的 為N型耗盡型MOS管MOSl,N^I線(xiàn)端11為MOSl的漏極，引線(xiàn)端13為MOS1 的柵極，N""引線(xiàn)端12為MOS1的源極。虛線(xiàn)框19內(nèi)所示的為N型厚氧化層 MOS管FOD， W引線(xiàn)端21為FOD的漏極，引線(xiàn)端23為FOD的柵極，hT引線(xiàn) 端22為FOD的柵極。整個(gè)保護(hù)電路是在提供的P型襯底15上。17所示填充圖 案為N阱區(qū)，16所示為P阱區(qū)，P+引線(xiàn)端10和20為P阱16和P型襯底15的 引出端，P+型引線(xiàn)端10與MOS1的源極12連接。MOS1的柵極13與負(fù)電荷泵 5連接，漏極11與輸入焊盤(pán)2連接，同時(shí)與FOD的漏極21連接。N型厚氧化 層管寄生有雙極型NPN管Ti也就是圖1至圖7中的雙極型晶體管Tp MOS1 的源極12與自身的襯底端接后，通過(guò)襯底電阻R與放電總線(xiàn)VSS連接。該電 阻R即是圖3至圖7中的電阻R。該ESD保護(hù)電路主要是觸發(fā)厚氧化層/寄生的 雙極型NPN型晶體管T,來(lái)放電。該保護(hù)電路的制作均是采用CMOS制作工藝， 當(dāng)IC芯片1處于工作狀態(tài)時(shí)，即IC芯片處于上電時(shí)，電源由放電總線(xiàn)提供電 流的負(fù)電荷泵就會(huì)輸出負(fù)的控制電壓，促使N型耗盡型NMOS管截止，使得整 個(gè)保護(hù)電路不工作。當(dāng)IC芯片未上電時(shí)，整個(gè)N型耗盡型NMOS管MOSl導(dǎo) 通，靜電放電電壓使得MOSl晶體管有較大電流流過(guò)，并注入FOD寄生晶體管 Ti的基極，這樣可使得寄生晶體管T!能迅速導(dǎo)通，有效降低整個(gè)保護(hù)電路的觸 發(fā)電壓。當(dāng)制作大尺寸指柵結(jié)構(gòu)ESD保護(hù)電路時(shí)，N型后氧化層管FOD的柵極 23可耦合到輸入焊盤(pán)2上靜電放電電壓，促使電子更容易由N型厚氧化層管FOD的源極22移動(dòng)到漏極21,即有寄生晶體管T,的發(fā)射極到達(dá)集電極，同時(shí) 由MOSl耗盡管的源極12注入到的基極電流使得大尺寸指柵結(jié)構(gòu)下N型厚 氧化層管FOD中寄生的雙極型晶體管T,能同時(shí)大幅抬升基極電位而導(dǎo)通，解決 傳統(tǒng)ESD保護(hù)電路放電時(shí)過(guò)電流不均勻的問(wèn)題。如若N型厚氧化層管釆用N型 長(zhǎng)溝道MOS管替代也可以達(dá)到相同的目的。本ESD保護(hù)電路應(yīng)用到IC芯片的 輸出焊盤(pán)的原理與應(yīng)用到輸入焊盤(pán)的保護(hù)電路的原理一致，因此不再敘述。
權(quán)利要求
1、一種ESD保護(hù)電路，保護(hù)電路制作在提供的P型襯底上，用于IC芯片輸入焊盤(pán)的保護(hù)電路，它包括第二級(jí)NMOS保護(hù)管，放電總線(xiàn)，電源總線(xiàn)，其特征在于，它還包括一耗盡型MOS管，一厚氧化層管和電荷泵；電荷泵電源由電源總線(xiàn)提供，與耗盡型MOS管的柵極連接，用于當(dāng)芯片上電時(shí)，關(guān)閉耗盡型MOS管；所述耗盡型MOS管的漏極與厚氧化層管的漏極連接并與所述輸入焊盤(pán)連接，所述耗盡型MOS管的源極同時(shí)與所述耗盡型MOS管的襯底和所述厚氧化層管的襯底短接后通過(guò)電阻與所述放電總線(xiàn)連接，所述厚氧化層管的柵極與所述厚氧化層管的源極和襯底短接后與所述放電總線(xiàn)連接；所述厚氧化層管的漏極通過(guò)電阻與所述第二級(jí)NMOS保護(hù)管的漏極連接，所述厚氧化層管的源極和所述第二級(jí)NMOS保護(hù)管的源極均與放電總線(xiàn)連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的ESD保護(hù)電路，其特征在于，所述耗盡型MOS管為耗 盡型NMOS管，所述電荷泵為負(fù)電荷泵。所述厚氧化層管為N型厚氧化層管。
3、 一種如權(quán)利要求2所述的ESD保護(hù)電路，其特征在于，所述N型厚氧化層 管采用長(zhǎng)溝道的NMOS管替代。
4、 一種ESD保護(hù)電路，保護(hù)電路制作在提供的P型村底上，用于IC芯片輸出 焊盤(pán)的保護(hù)電路，它包括由一 NMOS和PMOS組成的CMOS輸出驅(qū)動(dòng)電路， 放電總線(xiàn)，電源總線(xiàn)；其特征在于，它還包括一耗盡型MOS管， 一厚氧化層管 和負(fù)電荷泵；電荷泵電源由電源總線(xiàn)提供，與耗盡型MOS管的柵極連接，用于 當(dāng)芯片上電時(shí)，關(guān)閉耗盡型MOS管；所述耗盡型MOS管的漏極與厚氧化層管 的漏極連接并與所述輸出焊盤(pán)連接，所述厚氧化層管的漏極和源極分別與所述 CMOS輸出驅(qū)動(dòng)電路中的NMOS管的漏極和源極連接后連接到放電總線(xiàn)。
5、 如權(quán)利要求4所述的ESD保護(hù)電路，其特征在于，所述耗盡型MOS管為耗 盡型NMOS管，所述電荷泵為負(fù)電荷泵。所述厚氧化層管為N型厚氧化層管。
6、 如權(quán)利要求3所述的ESD保護(hù)電路，其特征在于，所述N型厚氧化層管采 用長(zhǎng)溝道的NMOS管替代。
7、 如權(quán)利要求4所述的ESD保護(hù)電路，其特征在于，所述長(zhǎng)溝道的NMOS管 可直接用所述CMOS輸出驅(qū)動(dòng)電路中的NMOS管替代，將所述CMOS輸出驅(qū)動(dòng)中的NMOS管制作為長(zhǎng)溝道的NMOS管，所述CMOS輸出驅(qū)動(dòng)電路中的長(zhǎng) 溝道NMOS管的漏極與所述耗盡型NMOS管的漏極連接后與所述輸出焊盤(pán)連 接，所述耗盡型NMOS管的源極同時(shí)與所述CMOS中NMOS管的襯底和所述 耗盡型NMOS管的襯底短接后通過(guò)電阻與放電總線(xiàn)連接，所述CMOS輸出驅(qū)動(dòng) 中的NMOS管的源端與放電總線(xiàn)連接，所述CMOS中NMOS管的柵極與所述 IC芯片連接。
全文摘要
本發(fā)明的一種ESD保護(hù)電路，它包括耗盡型MOS管、厚氧化層管和電荷泵。電荷泵與耗盡型的MOS管柵極連接，厚氧化層管和耗盡型MOS管的漏極與輸入/輸出焊盤(pán)連接，氧化層管和耗盡型MOS管的源極與襯底短接，耗盡型MOS管的源極與氧化層管的襯底短接。耗盡型MOS管為耗盡型NMOS管，厚氧化層管為N型厚氧化層管，電荷泵為負(fù)電荷泵。N型厚氧化層管可采用長(zhǎng)溝道管替代。IC芯片上電，通過(guò)電荷泵關(guān)閉耗盡型MOS管，不啟動(dòng)保護(hù)電路。IC芯片不上電，寄生于厚氧化層管的雙極型晶體管通過(guò)耗盡型MOS管導(dǎo)通，降低保護(hù)電路的觸發(fā)電壓，解決ESD保護(hù)電路過(guò)電流均勻性問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01L27/02GK101211909SQ20071017293
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月25日
發(fā)明者毅 單 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司