如何提高ESD保护器件的开启速度及其在保护超薄栅氧的SoC中的应用

随着CMOS工艺不断缩小到纳米尺寸，一个芯片中，例如片上系统（SoC）中集成有更多的电路和功能。在尺寸缩小的CMOS工艺中，栅氧变得更薄，这使其更易受ESD过应力破坏。SoC把更多的电路和功能集成到一个芯片中，其面积一般更大，这就导致SoC整个芯片中一般具有更大的体电容存储CDM电荷。另外，SoC一般有几百个引脚，这使每个I/O单元的面积受到极大的限制，随之就限制了这种高引脚数SoC中ESD保护器件的版图面积。SoC经常有多个不同的电源引脚，这会引起了电路模块之间接口电路发生不希望的ESD失效。因此，当工艺尺寸缩小进入深亚微米时，ESD问题将变得更加严重，特别是对CDM ESD放电。

为了有效保护采用纳米工艺的SoC，必须提高ESD保护器件的开启速度，以便在ESD应力损伤内部电路前快速泄放ESD电流。如果片上ESD钳位器件（NMOS）具有负的阈值电压（或者近似为0V），当IC受到ESD脉冲作用时，ESD钳位器件将处于“已开启”状态以泄放ESD电流。但是在电路正常工作时，可以使用一个附加的负偏压来关断ESD钳位器件。采用“已开启”特性，纳米CMOS工艺的超薄栅氧仍然可以被安全地保护。(www.xing528.com)

对采用多个不同电源引脚的SoC，一个能避免SoC中内部电路或接口电路失效的全片ESD保护方案非常重要。电源线的布局安排对SoC的ESD级别有着很大的影响。应该采用合适的ESD连接单元来连接芯片上不同的电源线。在ESD保护器件中，就承受ESD应力而言，SCR具有最高的面积效率。但是四层结构的SCR的开启速度一般较低，如果开启速度太慢将不能有效保护超薄栅氧的SoC。如果采用经过改进了的设计或触发电路，使SCR器件有足够快的开启速度，它将是VDD电压低于1.2V情况下SoC中ESD保护电路的最好选择，而且不会出现闩锁问题。