基于CMOS多功能数字芯片的ESD保护电路设计

对CMOS集成电路连接到压点的输入端常采用双二极管保护电镀，图2所示为常见的ESD保护电路的结构：双二极管保护电路。二极管D1是和PMOS源、漏区同时形成的，是p+n-结构，二极管D2是和NMOS源、漏区同时形成的，是n+p-结构。当压点相对地出现负脉冲应力，则二极管D2导通，导通的二极管和电阻形成ESD电流的泄放通路。当压点相对地出现正脉冲应力，使二极管D2击穿，只要二极管D2击穿电压低于栅氧化层的击穿电压，就可以起到保护作用。类似的，当压点相对电源出现正脉冲或负脉冲应力，二极管D1起保护作用，提供静电荷的泄放通路。
这两个二极管把加到输入级MOS晶体管栅极的电压范围如式(1)所示。
-0．7VinVDD+0．7 (1)
假设二极管的正向导通电压是0．7 V。电阻的作用是限制流过二极管的电流。由于ESD应力电压都是短暂的脉冲信号，只要电流不是非常大，二极管不会被烧坏，可以持续起保护作用。图2中使用二极管作为I／O端的ESD保护电路，主要提供PD和NS模式下的电流泄放通路，但对于ND模式和PS模式，二极管处于反偏状态，反偏箝位电压过高，电流泄放能力较弱，导通电阻较高，使箝位能力不够，且产生的热量较大。

图3中电路主要用于双极工艺，采用一个基极接VDD地PNP三极管和一个基极接地的NPN三极管共同构成ESD保护电路。采用这种保护电路，相对于二极管，在ND和PS模式下，可以工作在Snapback状态，具有较强的电流泄放能力和较低的维持电压。

2 ESD保护电路
对深亚微米CMOS集成电路，栅氧化层的击穿电压很小，常规二极管的击穿电压较大，不能起到很好的保护作用。因此可以增加离子注入提高二极管的衬底浓度，形成p+n+和n+p+结构来降低二极管的击穿电压。