一种CMOS新型ESD保护电路设计

金属氧化物半导体(MOS)器件的缩放技术使集成电路芯片面临着严重的静电放电(ESD)威胁,而目前采用的ESD保护电路由于电流集边效应等原因,普遍存在着抗静电能力有限、占用较大芯片面积等问题。根据全芯片ESD防护机理,基于SMIC 0.18μm工艺设计并实现了一种新型ESD保护电路,其具有结构简单、占用芯片面积小、抗ESD能力强等特点。对电路的测试结果表明,相对于相同尺寸栅极接地结构ESD保护电路,新型ESD保护电路在降低35%芯片面积的同时,抗ESD击穿电压提升了32%,能够有效保护芯片内部电路免受ESD造成的损伤和降低ESD保护电路的成本。     

CMOS VLSI ESD保护电路设计技术

本文对CMOSVLSI芯片ESD失效现象及其ESD事件发生机理进行了分析,介绍了CMOSVLSIESD保护电路设计技术。使用具有大电流放电性能的MOS器件构成的ESD电路,以及采用周密的版图布局布线技术,可实现良好的ESD保护性能。     

一种基于CMOS工艺的新型结构ESD保护电路

根据伞芯片静电放电(ESD)损伤防护理论,设计了一种新犁结构保护电路,采用0.6μm标准CMOS p阱工艺进行了新型保护电路的多项目晶圆(MPW)投片验证.通过对同一MPW中的新型结构ESD保护电路和具有同样宽长比的传统栅极接地MOS(GG-nMOS)保护电路的传输线脉冲测试,结果表明在不增加额外工艺步骤的前提下,本文设计的新型结构ESD保护电路芯片面积减少了约22%,静态电流更低,而抗ESD电压提高了近32%.该保护电路通过了5kV的人体模型测试.     

一种基于CMOS工艺的新型结构ESD保护电路

根据全芯片静电放电(ESD)损伤防护理论,设计了一种新型结构保护电路,采用0.6μm 标准CMOS p阱工艺进行了新型保护电路的多项目晶圆(MPW)投片验证. 通过对同一MPW中的新型结构ESD保护电路和具有同样宽长比的传统栅极接地MOS(GG-nMOS)保护电路的传输线脉冲测试,结果表明在不增加额外工艺步骤的前提下,本文设计的新型结构ESD保护电路芯片面积减少了约22%,静态电流更低,而抗ESD电压提高了近32%. 该保护电路通过了5kV的人体模型测试.     

ESD防护仿真技术研究

静电放电（ESD）一直是电子产品的重大威胁,严重的还会造成芯片失效。在设计阶段需对芯片受ESD冲击后的耦合情况进行预测评估,并为芯片设计有效的ESD防护,实现系统级高效ESD设计（SEED）成为发展趋势。文章研究了瞬态抑制二极管（TVS）对静电的响应情况,并将TVS分为回滞型与非回滞型,分别建立了SPICE模型。提出了一种新的ESD发生器电路模型和全波模型,所得电流波形与实测数据吻合较好。两种模型的电流特征值与IEC 61000-4-2:2008要求的偏差较小。为复现完整的系统级ESD测试环境提供了支持,也为探索芯片在系统级ESD测试下的行为模式打下基础。     

几种应用于触摸感应电路的ESD保护结构设计

电容式触摸感应检测按键电路是一类对静电特别敏感的电路,因此静电放电(ESD)保护结构的选择问题对这一类电路显得特别重要。一方面要确保所选择的ESD保护结构有足够的抗静电能力,另一方面这种ESD保护结构又不能使芯片的面积和成本增加太多,基于此要求,介绍了3种应用在电容式触摸感应检测按键电路中的ESD保护结构。主要描述了这3种结构的电路形式和版图布局,着重阐述了为满足电容式触摸感应检测按键电路的具体要求而对这3种结构所作的改进。列出了这3种改进过后的ESD保护结构的特点、所占用芯片面积以及抗静电能力测试结果的比较。结果表明,经过改进后的3种ESD保护结构在保护能力、芯片面积利用率以及可靠性等方面都有了非常好的提升。     

基于STNMOS的混合电压I／O接口ESD保护

混合电压I／O接口的静电放电（electrostaticdischarge,ESD）保护设计是小线宽工艺中片上系统（SoC）设计的主要挑战之一。混合电压I／O接口的片上ESD保护既要避免栅氧可靠性问题,又要防止不期望的泄漏电流路径产生。这篇论文讨论了基于堆叠NMOS（Stacked—NMOS,STNMOS）的混合电压I／O接口的ESD保护设计构思和电路实现,通过不同ESD保护设计方案的比较,提出了一个最有效的保护方案。     

用于16通道16位D/A转换器的全芯片ESD保护电路

ESD保护电路是保证集成电路可靠性的重要电路之一。具有较大芯片面积和较多电源域的集成电路给全芯片ESD保护电路的设计带来挑战。基于0.6 μm CMOS工艺,设计了一种全芯片ESD保护电路,应用于5个电源域的16通道16位D/A转换器中。该D/A转换器的抗ESD能力大于2 000 V,芯片尺寸为9 mm × 9 mm。     

中芯国际采用Mentor CaIibre PERC产品

MentorGraphics公司与中芯国际集成电路制造有限公司今天共同宣布中芯国际已采用MentorGraphicsCalibre@PERC电路可靠性验证解决方案为其最新的防静电（ESD）保护设计法之一。这有助于客户大型、复杂的系统级芯片（SoC）的设计,包括I／0、中芯国际或第三方的嵌入式IP模块、以及eFuse嵌入式存储器,皆能达到ESD保护的要求。     

一种应用于深亚微米CMOS工艺的ESD保护电路

本文研究了一种基于动态栅极悬浮技术的ESD保护电路,并根据全芯片ESD防护的要求设计了试验电路。采用TSMC 0.18μm CMOS工艺实现了试验电路,测试显示芯片的ESD失效电压达到了7kV。     

Capacitor-couple ESD protection circuit for deep-submicronlow-voltage CMOS ASIC

Capacitor-couple technique used to lower snapback-trigger voltage and to ensure uniform ESD current distribution in deep-submicron CMOS on-chip ESD protection circuit is proposed. The coupling capacitor is realized by a poly layer right under the wire-bonding metal pad without increasing extra layout area to the pad. A timing-original design model has been derived to calculate the capacitor-couple efficiency of this proposed ESD protection circuit. Using this capacitor-couple ESD protection circuit, the thinner gate oxide of CMOS devices in deep-submicron low-voltage CMOS ASIC can be effectively protected     

半导体激光管驱动电源设计与实现

为提高半导体激光器光功率输出稳定性,并保证激光器安全、可靠工作,设计了半导体激光器的驱动电源。驱动电源主电路采用同步DC／DC方式,输出效率高;驱动电路可以产生200kHz触发脉冲,降低了输出电流的纹波,保证激光器输出功率稳．定;驱动电路带有过压比较器及过流比较器,保证激光器安全工作。经过仿真和实验表明：该驱动电源在20A工作时效率达到85％以上．纹波小于5％。     

Unique ESD failure mechanisms during negative to Vcc HBM tests

HBM ESD tests on two types of 0.6 μm DRAM devices showed that internal circuit or output driver failures would occur after the input or I/O pins were ESD stressed negative with respect to Vcc at ground. These failures occurred at lower than expected ESD stress voltages due to power-up circuit interactions that either turned-on unique internal parasitic ESD current paths or disrupted the normal operation of the output pin’s ESD protection circuit. ESD analysis found there exists a set of power-up sensitive circuits and if placed near a Vcc bond pad can result in low voltage ESD failures.     

A review on RF ESD protection design

Radio frequency (RF) electrostatic discharge (ESD) protection design emerges as a new challenge to RF integrated circuits (IC) design, where the main problem is associated with the complex interactions between the ESD protection network and the core RFIC circuit being protected. This paper reviews recent development in RF ESD protection circuit design, including mis-triggering of RF ESD protection structures, ESD-induced parasitic effects on RFIC performance, RF ESD protection solutions, as well as characterization of RF ESD protection circuits.     

Improving ESD protection of 5 V NMOSFET large array device in 0.4 μm BCD process

In the output stage of power ICs, large array devices (LAD) of MOSFETs are usually used to drive a considerable amount of current. Electrostatic discharge (ESD) self-protection capability of LAD is also required. ESD layout rules are usually adopted in low voltage CMOS transistors to improve the ESD performance but with a large layout area. In this paper, a modified RC gate-driven circuit with gate signal control circuit is developed to keep the minimum device layout rule while achieving ESD self-protection. Thus, it results in a very small layout area increment while keeps the LAD operates safely in normal operation and gains good ESD protection level.     

一种高稳定连续可调半导体激光器驱动源

在连续变量相干光系统中,半导体激光器工作的稳定与否直接影响着检测结果。注入电流和工作温度是影响半导体激光器工作稳定的主要因素。因此激光器的驱动电源应是长时间、高稳定的恒流源,且带有恒温控制。采用电流串联负反馈技术,对控制量进行闭环控制,可实现高稳定和低纹波系数的驱动电流源,具有恒流特性好、纹波小、抗干扰能力强等优点。并采用自动温度控制电路对半导体激光器进行恒温控制,从而保证输出功率稳定,同时还采用了一系列的保护措施,实现半导体激光器的可靠运行。该系统采用单片机为主机,检测电路异常和控制保护电路,选择电压参数送入数字电压表显示,具有保护电路完善、操作直观的特点。     

ESD保护结构设计

静电损伤失效可能是热击穿（电流）造成的结或金属布线熔融失效,也可能是强电场（电压）诱发的介质失效,文章主要从电流热击穿方面探讨了静电触发时的ESD（Electro—Static-Discharge）保护结构的保护机理和失效机理以及工艺和版图上的应对措施。保护结构工作时的电流泄放能力决定了其保护能力,这种能力可以通过使泄放电流均匀、优化PN结特性等方面加强。电流泄放的均匀性可以在工艺版图上进行优化,结两侧浓度决定了结的耐受能力和结上的偏压,进而影响器件功耗。另外还提及了保护结构的贞面影响以及工艺上的优化方案。     

ESD protection design considerations for InGaP/GaAs HBT RF power amplifiers

In order to design a robust electrostatic discharge (ESD) protected RF amplifier in InGaP/GaAs HBTs, a comprehensive assessment of device vulnerability to ESD events in both active transistors and passive components of the HBT technology is presented in this paper. The results include not only the intrinsic HBT's ESD robustness performance, but also its dependence on device layout, ballast resistor, and process. Acknowledging the ESD constraints imposed on InGaP/GaAs HBT technology, a 5.4-6.0-GHz power amplifier (PA) with a compact 2000 V/sub ESD/ (human body model) on-chip ESD protection circuit that has a low loading capacitance of less than 0.1 pF and that does not degrade RF and output power performance is developed for wireless local area network application. A diode triggered Darlington pair is implemented as the ESD protection circuit instead of the traditional diode string. Its operation principle, ESD protection performance, and PA performance are also illustrated in this paper.     

一种改进的片内ESD保护电路仿真设计方法

对现有的片内ESD保护电路仿真设计方法进行了改进,使之适用于深亚微米工艺.文中设计了新的激励电路以简化仿真电路模型;增加了栅氧化层击穿这一失效判据;使用能量平衡方程描述深亚微米MOSFET的非本地输运,并对碰撞离化模型进行了修正;使用蒙特卡罗仿真得到新的电子能量驰豫时间随电子能量变化的经验模型.最后使用文中改进的仿真设计方法对一个ESD保护电路进行了设计和验证,测试结果符合设计要求.     

CMOS on-chip electrostatic discharge protection circuit using four-SCR structures with low ESD-trigger voltage

A robust CMOS on-chip ESD protection circuit is proposed, which consists of four parasitic lateral SCR devices with low ESD trigger voltages to protect NMOS and PMOS devices of the internal circuits against the ESD pulses with both positive and negative polarities with respect to either VDD or VSS(GND) nodes. For each ESD stress with positive or negative polarity, there is an efficient and direct shunt path generated by the SCR low-impedance latching state to quickly bypass the ESD current. Thus, this four-SCR ESD protection circuit can perform very efficient protection in a small layout area. Since there is no diffusion or polysilicon resistor in the proposed ESD protection circuit, the RC delay between each I/O pad and its internal circuits is very low and high-speed applications are feasible. The experimental results show that this four-SCR protection circuit can successfully perform very effective protection against ESD damage. Moreover, the proposed ESD protection circuit is fully process-compatible with n-well or p-well CMOS and BiCMOS technologies.