[发明专利]改进的静电放电二极管结构

说明书

相关申请的相互引证

Roy A.Colclaser和David M.Szmyd同时提出并转让给本受让人的题为“双向ESD二极管”的美国专利申请no.09/466411，包含了本专利申请的主要内容。

发明背景

发明领域

本发明的目的在于一种用来对电路进行静电放电(ESD)保护的设备，更确切地说是具有减小了的电容的ESD二极管。

现有技术的讨论

图1示出了常规的抗静电放电(ESD)电路装置100。被保护的设备是电路110，它可以被制作在集成电路即芯片的半导体衬底上。电路110的输入115和输出120分别被连接到输入和输出焊点125和130，焊点又被连接到集成电路即芯片的插脚。

通常，利用连接在输入/输出焊点125和130与电源线之间的二极管D1、D2、D3和D4，对电路110的输入115和输出120进行抗静电放电(ESD)保护。电源线包括接地总线135以及连接到用来提供称为Vcc的正电压的电压源。

正如本技术领域众所周知的那样，各个二极管D1、D2、D3和D4由P-N结构成，并可以被集成在同一个包括了被保护电路100的芯片即集成电路上。为了防止正的ESD，二极管D1和D2的阳极(P侧)被连接到电路110的输入115和输出120。二极管D1和D2的阴极(N侧)被连接到具有正电压Vcc的电源总线140。为了防止负的ESD，二极管D3和D4的阴极(N侧)被连接到电路110的输入115和输出120。二极管D3和D4的阳极(P侧)被连接到接地总线135。图1将二极管D1的阳极(P侧)示为参考号145，而阴极(N侧)被示为参考号150。本技术领域熟练人员理解的是，对二极管D1的讨论是为了说明的目的，且同样适用于所有的二极管D1-D4。

如本技术众所周知的那样，各个二极管(例如二极管D1)在反向偏置时阻挡电流，此时阴极(N侧)150相对于阳极(P侧)145为正，直至阴极电压高到足以引起击穿。在反向偏置工作模式下，从阴极150到阳极145的电流非常小，称为漏电流。

当阳极145即P侧相对于阴极150即N侧为正时，此工作模式称为正向偏置。而且，二极管D1上的电压被称为从阳极145到阴极150的正向偏置电压。若二极管D1上的正向偏置电压增大，则称为阳极电流的从阳极145到阴极150的电流随电压指数地增大，如图4中曲线410所示。对于典型的硅二极管，这一电流增大的作用，在约为0.7V的阈值电压即开通电压V_T下，将二极管D1转换成开通状态。在开通电压V_T以上，亦即在开通状态下，电压逐渐增大而电流明显地增大。注意，在大电流条件下，例如当ESD发生时，由于二极管内阻的作用，二极管上的电压能够上升到几V。

如图4中曲线410所示，二极管D1-D4沿反方向提供了关断电路，即阻挡了电流从阴极150流到阳极145。当阳极145上的电压比阴极150上的电压高，其电压差为开通电压V_T时，二极管D1沿正向开通，并为电流从阳极145即P侧流向阴极150即N侧提供了比较低的电阻通路。

集成电路上任何一对插脚之间的任何一种极性都能够出现ESD现象。因此，必须对从各个输入/输出插脚到电源总线140和到接地总线135以及到所有其它输入/输出插脚提供ESD保护。此外，对于电源总线140和接地总线135之间的正极性和负极性二者，都需要ESD保护。对于对输入/输出焊点例如输入焊点125相对于接地总线135的正ESD，ESD电流流过二极管D1到达电源总线140。接着，这一ESD电流通过位于电源总线140和接地总线135之间的钳位结构155，流到接地总线135。对于对输入焊点125相对于接地总线的负ESD，ESD电流流过二极管D3到接地总线135。

对于对输入/输出焊点125和130相对于电源总线140的正ESD，ESD电流流过二极管D1和D2到达电源总线140。对于对输入/输出焊点125和130相对于电源总线140的负ESD，与从电源总线140相对于输入/输出焊点125和130的正ESD相同，ESD电流流过钳位结构155并通过二极管D3和D4到达此焊点。

对于输入/输出焊点125和130之间的正ESD，ESD电流流过二极管D1到电源总线140，通过电源钳位结构155到接地总线135，并通过二极管D4。对于输入/输出焊点125和130之间的负ESD，ESD电流流过二极管D2到电源总线140，通过电源钳位结构155到接地总线135，并通过二极管D3。