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江苏体彩网|首页:技术解析:CMOS电路ESD保护结构设计


【江苏体彩网官方】静电静电静电是CMOS电路中特别严重的过热机制之一,相当严重的东西会导致电路的自我焚烧。 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,分析了该结构拒绝参与布局,重点讨论了I/O电路中ESD维护结构的拒绝设计。 第一章静电对电子器件没有破坏性的结果,是集成电路过热的主要原因之一。

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随着集成电路工艺的大力发展,CMOS电路的特征尺寸大大增大,管的栅极氧厚度更厚,芯片的面积规模更大,MOS管能承受的电流和电压也更小,周边环境不变,因此电路的EOS 如何尽量减小全部芯片的有效面积,满足ESD性能的可靠性,多馀的工艺2ESD维护原理ESD维护电路的设计目的是防止动作电路成为ESD的静电路径而受伤,在规定的2个芯片槽间再次发生这个比较低压的旁路电路不仅可以吸收ESD电流,而且可以钳位工作电路的电压,使工作电路不会因电压短路而破损。 在电路长时间工作的情况下,防静电结构不工作,因此ESD维护电路必须工作稳定性优良,在ESD再次发生时可以缓慢呼吁,在维护电路的同时防静电结构自身不能破损,防静电结构的3CMOS电路的ESD维护结构的设计大部分ESD电流来自电路外部,因此ESD维护电路一般设计在PAD旁边、I/O电路内部。 典型的I/O电路由输入驱动和输江苏体彩网出接收器两部分组成。

由于ESD是通过PAD导入芯片内部的,所以I/O中需要连接PAD的所有设备必须制作与之平行的ESD低压旁路电路,ESD电流导入电压线,从电压线生产到芯片的各引脚,降低ESD的影响。 I/O电路是与PAD连接的输入输出接收机,显然需要在再次发生ESD时构成维护电路和分段的低电阻路径,绕过ESD电流,立即有效地钳位维护电路电压。

这两个部分长时间工作时,不会影响电路的长时间工作。 常见的ESD维护设备包括电阻、二极管、双极晶体管、MOS管、晶闸管等。

由于MOS管与CMOS工艺的兼容性很高,所以MOS管结构的维护电路经常使用。 CMOS工艺条件下的NMOS管具有纵向宿主的n-p-n (源极接近-p型衬底-漏极)晶体管,该宿主的晶体管在导通时可以吸收大量的电流。 利用这一现象,可以设计面积比较小且具有高ESD耐压值的维护电路,其中最典型的器件结构是栅极短路NMOS(GGNMOS,GateGroundedNMOS )。

长时间工作时,NMOS立式晶体管导通。 如果再次发生ESD,漏极和基板的消耗区域将再次发生雪崩,预计会发生电子空穴对。 一部分产生的空穴位于被源吸收的附近,其余部分流向基板。

由于不存在基板电阻Rsub,基板电压会上升。 基板和源极之间的PN结正向偏置后,电子从源极变成空,转移到基板。 这些电子被源漏间的电场加速,发生电子空穴的冲击离子化,构成更好的电子空穴对,大幅度减少流过n-p-n晶体管的电流,最后再次二次透过NMOS晶体管,此时的透过共轭为了进一步降低输入驱动上NMOS ESD时两端的电压,可以在ESD维护设备和GGNMOS之间设置特别的电阻。

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这个电阻不会影响动作信号,所以不能太大。 绘制布局时一般使用多晶硅电阻。

如果只进行第1段的ESD维护,在大的ESD电流时,电路内部的管道可能会贯通。 GGNMOS导通,ESD电流相当大,因此基板和金属配线的电阻不容忽视。 此时,GGNMOS的输出接收侧栅极氧化硅层的电压超过透射电压的是GGNMOS和输出接收侧基板之间的IR电压降,因此无法钳位输出接收侧栅极电压。 为了防止这种情况,如图1右图所示,可以用输出接收端附近的特别小尺寸的GGNMOS展开二次ESD维护,用它来箝位输出接收端的栅极电压。

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图1罕见的ESD维护结构和等效电路。 绘制布局时,需要注意使二次ESD维护电路与输出接收侧相邻,增大输出接收侧和二次ESD维护电路之间的基板及其配线的电阻。 为了在小面积上描绘大尺寸的NMOS管,布局上大多描绘指纹,在描绘布局时应该严格遵守I/OESD的设计规则。 仅将PAD作为输入,不需要维护电阻和栅极短路的NMOS,输入段大尺寸的PMOS和NMOS设备本身可以作为ESD防水设备使用。

一般的输入级有双保护环,可以避免闩锁的再次发生。。

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