集成電路新型ESD防護(hù)器件研究.pdf

1、集成電路的ESD（Electrostatic Discharge）防護(hù)設(shè)計(jì)是提高集成電路和電子系統(tǒng)可靠性的重要關(guān)鍵技術(shù)。本文分析了集成電路ESD防護(hù)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用背景，提出了新穎的ESD防護(hù)器件，滿足了應(yīng)用領(lǐng)域新技術(shù)的要求，并借助理論分析和TCAD（Technology Computer Aided Design）仿真設(shè)計(jì)研究了器件的工作機(jī)理，對(duì)有關(guān)結(jié)果進(jìn)行流片實(shí)驗(yàn)和測(cè)試驗(yàn)證。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了基于0.35μmCMO

2、S工藝的新型 GGISCR（Gate-Grounded-nMOS Incorporated Silicon Controlled Rectifier）器件，相比目前通用的LVTSCR（Low Voltage Triggered Silicon Controlled Rectifier）器件，在不增加器件面積、不降低器件魯棒性的前提下可將維持電壓提升到7.9V，40μm寬度的GGISCR器件的失效電流達(dá)到4.4A，解決了傳統(tǒng)ESD防護(hù)器件

3、在器件面積、魯棒性和維持電壓三者之間折中矛盾的關(guān)鍵難題。論文借助使用TCAD仿真工具，研究了器件在ESD應(yīng)力下的直觀重要物理量，包括：電場(chǎng)、電流密度和碰撞離化率等，結(jié)合上述結(jié)果對(duì)其工作機(jī)制進(jìn)行分析和闡述。有關(guān)結(jié)果發(fā)表在TED期刊，并申請(qǐng)發(fā)明專利。⑵提出了基于0.35μm40V BCD（Bipolar CMOS DMOS）工藝的改進(jìn)型GGISCR器件，通過優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)和并聯(lián)小尺寸 GGLDMOS（gate-grounded Lateral

4、 Double-diffused MOS）器件，完整地驗(yàn)證了其ESD防護(hù)的有效性，該設(shè)計(jì)成功應(yīng)用于某上市公司的電源管理芯片的電源鉗位單元。主要的創(chuàng)新點(diǎn)是基于BCD工藝的特點(diǎn)進(jìn)一步縮小了器件的回滯窗口，失效電流達(dá)到3.5A。通過堆疊的方式極大地提高了器件的維持電壓，解決了電源鉗位單元存在的閂鎖問題，滿足18V和24V電源應(yīng)用，技術(shù)指標(biāo)優(yōu)越。⑶設(shè)計(jì)了一種新型ESD防護(hù)器件FP-LDMOS-SCR（Floating P+ Lateral Do

5、uble-diffused MOS Silicon Controlled Rectifier）器件，用于0.35μm40V BCD工藝I/O接口的ESD防護(hù)。通過在LDMOS器件漏端設(shè)計(jì)浮空P+區(qū)，將器件的失效電流提升到2.7A，且不影響器件正常工作的I-V特性。FP-LDMOS-SCR器件提升了高壓I/O接口的ESD魯棒性且降低了閂鎖風(fēng)險(xiǎn)。有關(guān)結(jié)果發(fā)表在MR期刊。⑷在0.35μm80V BCD工藝平臺(tái)上設(shè)計(jì)了LDMOS-SCR器件，解

6、決了傳統(tǒng) LDMOS器件在 ESD應(yīng)力下出現(xiàn)過早失效的關(guān)鍵難題。TLP測(cè)得LDMOS-SCR器件失效電流值為4.3A。通過在漏端插入一個(gè)場(chǎng)氧結(jié)構(gòu)，將LDMOS-SCR器件的擊穿電壓從92V提升到99V，進(jìn)一步增強(qiáng)了器件耐壓特性。⑸設(shè)計(jì)了具有超高魯棒性的ESD防護(hù)器件，其失效電流高達(dá)18.9A，滿足 IEC61000-4-215KV接觸放電的ESD防護(hù)等級(jí)。主要的創(chuàng)新點(diǎn)是在對(duì)GGISCR器件的失效機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了高效的圓形版圖器件

7、，其FOM（Figure of Merit）值為137AV/pF，比常規(guī)的多指條型版圖性能提升73％，技術(shù)指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于目前業(yè)界的主流產(chǎn)品，有關(guān)結(jié)果已申請(qǐng)發(fā)明專利。⑹設(shè)計(jì)了一種新型的穿通型五層 N++P+PP+N++結(jié)構(gòu)的TVS（Transient Voltage Suppressor）器件。其十二指條型器件獲得超過10A的失效電流，不大于0.17pF的寄生電容，解決了傳統(tǒng)TVS器件寄生電容過大影響系統(tǒng)信號(hào)完整性的問題，滿足諸如USB3.0