[发明专利]双向静电放电二极管结构

说明书

交互参照有关的申请

由Roy A.Colclaser和David M.Szmyd并此同时提出的、名称为“Improved ESD Diode(改进型ESD二极管)”的美国专利申请序列号U.S.Patent no.09/466，401，它转让予本文件的代理人，所包含的主题内容与本专利申请的主题内容相关联。

本发明背景

本发明的领域

本发明涉及一种用于保护电路抗御静电放电(ESD)的装置，更具体地，涉及一种有着减小的结电容量的ESD二极管。

先有技术的讨论

图1示明了通常的、能抗御静电放电(ESD)的保护电路布置100。图中受保护的装置是电路110，它可以形成在一个集成电路或是芯片的一种半导体基底上。电路110的输入115和输出120分别连接至输入和输出缓冲垫125、130上，它们随后连接至集成电路或芯片的针脚上。

典型地，电路110的输入115和输出120在抗静电放电(ESD)保护中应用了连接在输入/输出缓冲垫125、130与电源线之间的二极管D1、D2、D3和D4。电源线包括接地总线135和供电总线140，供电总线140连接至一个用于提供出称为Vcc正电压的电压源上。

如本技术领域内所周知的，二极管D1、D2、D3和D4之每一个由一个P-N结形成，它们可以集成在其中包括有受保护电路100的同一芯片或集成电路上。在保护上为了抗御正ESD，二极管D1、D2的阳极(P侧)连接至电路110的输入115和输出120上。二极管D1、D2的阴极(N侧)连接至具有正电压Vcc的供电总线140上。为了抗御负ESD，二极管D3、D4的阴极(N侧)连接至电路110的输入115和输出120上。二极管D3、D4的阳极(P侧)连接至接地总线135上。图1上，二极管D1的阳极(P侧)示明为数号145，阴极(N侧)示明为数号150。本技术领域内的熟练人员知道，对二极管D1的说明仅是示例的目的，它同样地可应用到全部二极管D1-D4上。

如本技术领域内所周知的，每个二极管(例如二极管D1)在反向偏置也即阴极(N侧)150电位相对于阳极(P侧)145电位为正时，它是截止的，直至阴极电压足够高时会导致二极管击穿。工作在反偏状态时，从阴极到阳极的电流是非常小的，称之为泄漏电流。

当阳极145或即P侧电位相对于阴极150或即N侧电位为正时，其工作状态称之为正向偏置。而且，二极管D1上的电压称为正偏电压，它是阳极145与阴极150间的电压。当二极管D1上的正偏电压增加时，称为阳极电流的阳极145至阴极150间电流将如图4中曲线410所示地随电压值而呈指数地增大。对于典型的硅二极管来说，使二极管D1转换至导通状态而电流呈增长效应的门限电压或即导通电压V_T，大约为0.7伏。高于此导通电压V_T、也即在导通状态下时，当电压逐渐增加时，电流将显著地增大。应当指出，在大电流情况下，例如在发生ESD电流期间，由于二极管的内阻，二极管上的电压会上升至几伏。

如图4中曲线410所示，在阴极150到阳极145的反方向或即截止电流下，二极管D1-D4呈现出开路状态。因导通电压V_T使阳极145的电压高于阴极150的电压时，二极管D1进入正向导通状态，它对阳极145或即P侧至阴极150或即N侧的电流流通提供出一条电阻相对地低的通路。

ESD电流会在集成电路中任一对针脚之间的正或负极性电压下发生。因此，必须对每个输入/输出针脚与供电总线140和接地总线135之间、以及与所有其它输入/输出针脚之间，都提供出ESD保护。此外，要求在供电总线140与接地总线135之间，同时有正极性的和负极性的ESD保护。相对于接地总线135，例如当输入缓冲垫125这输入/输出缓冲垫上有正ESD时，ESD电流将经由二极管D1流通至供电总线140上。然后，该ESD电流将通过一个箝位结构155流通至接地总线135上，该箝位电路位于供电总线140与接地总地135之间。相对于接地总线135，当输入缓冲垫125上有负ESD时，ESD电流将通过二极管D3流通至接地总线135上。

相对于供电总线140，当输入/输出缓冲垫125、130上有正ESD时，ESD电流将通过二极管D1、D2流通至供电总线140上。相对于供电总线140，当输入/输出缓冲垫125、130上有负ESD时，它等效于相对于输出/输出缓冲垫125、130来说在供电总线140上有正ESD，ESD电流将通过箝位结构155和通过二极管D3、D4流通至缓冲垫125、130上。