專利名稱：一種動(dòng)態(tài)柵極電阻調(diào)制的柵極耦合nmos管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種動(dòng)態(tài)柵極電阻調(diào)制的柵極耦合NMOS管。
背景技術(shù)：
靜電放電(ESD)是在一個(gè)集成電路浮接的情況下，大量的電荷從外向內(nèi)灌入集 成電路的瞬時(shí)過程，整個(gè)過程大約耗時(shí)IOOns ；以及集成電路內(nèi)由于摩擦等積聚了電荷在 內(nèi)部，當(dāng)集成電路的某個(gè)管腳接地時(shí)內(nèi)部的電荷泄放到地的過程。這個(gè)過程大約耗時(shí)約 1.5ns。此外，在集成電路放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生數(shù)百甚至數(shù)千伏特的高壓，這會(huì)打穿集成電路中的 輸入級(jí)的柵氧化層。隨著集成電路中的MOS管的尺寸越來越小，柵氧化層的厚度也越來越 薄，在這種趨勢(shì)下，使用高性能的靜電防護(hù)電路來泄放靜電放電的電荷以保護(hù)柵極氧化層 不受損害是十分必需的。靜電放電現(xiàn)象的模式主要有四種人體放電模式(HBM)、機(jī)械放電模式(MM)、器件 充電模式(CDM)以及電場(chǎng)感應(yīng)模式(FIM)。對(duì)一般集成電路產(chǎn)品來說，一般要經(jīng)過人體放電 模式，機(jī)械放電模式以及器件充電模式的測(cè)試。為了能夠承受如此高的靜電放電電壓，集成 電路產(chǎn)品通常必須使用具有高性能、高耐受力的靜電放電保護(hù)器件。為了達(dá)成保護(hù)芯片抵御靜電襲擊的目的，目前已有多種靜電防護(hù)器件被提出，比 如二極管，可控硅(silicon controlled rectifier SCR)，GGNMOS(Grounded Gate NMOS, 柵極接地的MOS管)，其中柵極接地的MOS管(GGNMOS)被廣泛采用。該器件的防護(hù)電路如 圖1所示，GGNMOS的漏極12接到輸入/輸出端(1/0)，柵極13、源極14和襯底11都接到 地。為提高GGNMOS的抗擊ESD能力，一般采用如圖2所示的多叉指結(jié)構(gòu)。但是這種多叉指 的GGNMOS結(jié)構(gòu)由于中間的叉指的體電阻最大，先于其他叉指開啟，造成GGNMOS的各個(gè)叉指 不能均勻開啟。這樣造成整體電路的靜電防護(hù)能力的下降。針對(duì)于此，一種行之有效的解決方案就是通過RC電路實(shí)現(xiàn)的柵極耦合電壓技 術(shù)來抬高柵電壓使得器件均勻?qū)?。為了減少電容，可以把RC電路中的電容C去掉，用 NMOS管Ml的柵寄生電容來替代，在柵極上接一個(gè)到地的大電阻Rg(阻值一般為IOkQ 50kQ)，實(shí)現(xiàn)柵電壓的耦合，也稱為柵電壓耦合NMOS管(GCNMOS)如圖3所示。由于這種方 法簡(jiǎn)單易行被廣泛的采用。但是這種結(jié)構(gòu)在保護(hù)輸入端的信號(hào)頻率較高時(shí)，即信號(hào)的上升沿時(shí)間與ESD的脈 沖的上升沿時(shí)間相差不大時(shí)，就有可能在輸入信號(hào)正常輸入時(shí)觸發(fā)ESD防護(hù)結(jié)構(gòu)，造成誤 觸發(fā)從而影響芯片的正常工作，使得這種簡(jiǎn)單有效的防護(hù)方案的應(yīng)用受到了嚴(yán)重的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)柵極電阻調(diào)制的柵極耦合NMOS管電路，解決了在輸入信 號(hào)頻率較高時(shí)，現(xiàn)有柵極耦合NMOS管會(huì)出現(xiàn)誤觸發(fā)的問題。一種動(dòng)態(tài)柵極電阻調(diào)制的柵極耦合NMOS管，用于核心電路的ESD防護(hù)，包括
一 GCNMOS管，漏極連接核心電路的輸入端，源極和襯底直接接地，柵極通過一電阻接地；一 NMOS管，與電阻并聯(lián)，漏極連接GCNMOS管的柵極，源極和襯底接地，柵極連接核 心電路的VDD電源線。優(yōu)選地，所述的電阻大小為10 50k Ω。與現(xiàn)有的GCNMOS相比，本發(fā)明通過在柵上加一個(gè)小的NMOS，用VDD作為該NMOS的 控制信號(hào)，既能使得多叉指GGNMOS均勻開啟，提高器件的魯棒性，同時(shí)解決了 GCNMOS結(jié)構(gòu) 不能用于較高信號(hào)頻率的輸入端的保護(hù)問題。使得這種簡(jiǎn)單有效的ESD防護(hù)方案的適應(yīng)范 圍得到有效的拓展。


圖1為現(xiàn)有GGNMOS電路原理示意圖；圖2為現(xiàn)有多叉指GGNMOS的實(shí)現(xiàn)版圖；圖3為現(xiàn)有柵極耦合NMOS (GCNMOS)的電路原理圖；圖4為本發(fā)明柵極耦合NMOS的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式如圖4所示，一種動(dòng)態(tài)柵極電阻調(diào)制的柵極耦合NMOS管，用于核心電路的ESD防 護(hù)，包括一 GCNMOS管Μ1，漏極連接核心電路的輸入端，源極和襯底接地直接接地，柵極通 過電阻Rg接地，電阻Rg的阻值一般為10 50kΩ。一 NMOS管Μ2，與電阻Rg并聯(lián)，漏極連接GCNMOS管Ml的柵極，源極和襯底接地，柵 極連接核心電路的VDD電源線。上述電路的工作原理如下在正常工作情況下，VDD端為高電位，此時(shí)NMOS管M2開啟導(dǎo)通，NMOS管M2開啟時(shí) 的電阻很小，與電阻值較大的電阻Rg并聯(lián)后，GCNMOS管Ml柵上的電阻值Rg (eq)約為NMOS 管Ml的導(dǎo)通電阻值。當(dāng)危險(xiǎn)的靜電信號(hào)從輸入端Input進(jìn)來的時(shí)候，核心電路的輸入端Input到VDD 之間無其他的通路，VDD為浮空狀態(tài)。由于VDD到GND地的耦合電容的作用，VDD會(huì)被耦合 到地，從而NMOS管M2柵極為低電位，NMOS管M2處于關(guān)斷狀態(tài)，其電阻值很大，約為M Ω數(shù) 量級(jí)，遠(yuǎn)大于電阻Rg的阻值，與電阻Rg并聯(lián)后，GGNMOS管Ml柵上的電阻值Rg (eq)約等于 電阻Rg的阻值。在ESD情況下Rg (eq)較大，相應(yīng)的RC常數(shù)值較大，使得器件充分開啟并有效泄放 ESD電流，保護(hù)內(nèi)部電路的安全。而在正常工作條件下，Rg(eq)較小，相應(yīng)的RC時(shí)間常數(shù)值 較小，較快的上升沿的輸入信號(hào)不會(huì)使得防護(hù)器件發(fā)生誤觸發(fā)，從而不干擾內(nèi)部電路的正 常工作。使得上述電路能夠適應(yīng)于輸入信號(hào)頻率較高的情況下的ESD保護(hù)。
權(quán)利要求
一種動(dòng)態(tài)柵極電阻調(diào)制的柵極耦合NMOS管，用于核心電路的ESD防護(hù)，其特征在于，包括一GCNMOS管(M1)，漏極連接核心電路的輸入端，源極和襯底直接接地，柵極通過一電阻(Rg)接地；一NMOS管(M2)，與電阻(Rg)并聯(lián)，漏極連接GCNMOS管(M1)的柵極，源極和襯底接地，柵極連接核心電路的VDD電源線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極耦合NM0S管電路，其特征在于所述的電阻大小為10 50k Q。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種動(dòng)態(tài)柵極電阻調(diào)制的柵極耦合NMOS管，用于核心電路的ESD防護(hù)，由漏極連接核心電路的輸入出端，源極和襯底直接接地，柵極通過一電阻接地的GCNMOS管以及與電阻并聯(lián)，漏極連接GCNMOS管的柵極，源極和襯底接地，柵極連接核心電路的VDD電源線的NMOS管組成。本發(fā)明通過在柵上加一個(gè)小的NMOS，用VDD作為該NMOS的控制信號(hào)，既能使得多叉指GGNMOS均勻開啟，提高器件的魯棒性，同時(shí)解決了GCNMOS結(jié)構(gòu)不能用于較高信號(hào)頻率的輸入端的保護(hù)問題。使得這種簡(jiǎn)單有效的ESD防護(hù)方案的適應(yīng)范圍得到有效的拓展。
文檔編號(hào)H01L23/60GK101834182SQ20101013084
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者宋波, 李明亮, 苗萌, 董樹榮, 韓雁, 馬飛, 黃大海 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)