用于ESD防护的PDSOI NMOS器件高温特性

研究了基于0.18μm部分耗尽型绝缘体上硅(PDSOI)工艺的静电放电(ESD)防护NMOS器件的高温特性。借助传输线脉冲(TLP)测试系统对该ESD防护器件在30~195℃内的ESD防护特性进行了测试。讨论了温度对ESD特征参数的影响,发现随着温度升高,该ESD防护器件的一次击穿电压和维持电压均降低约11%,失效电流也降低近9.1%,并通过对器件体电阻、源-体结开启电压、沟道电流、寄生双极结型晶体管(BJT)的增益以及电流热效应的分析,解释了ESD特征参数发生上述变化的原因。研究结果为应用于高温电路的ESD防护器件的设计与开发提供了有效参考。     

ESD防护器件中SCR结构开启速度的优化与分析

针对静电放电(ESD)防护过程中ESD防护器件开启速度慢、易引起栅氧击穿或电路烧毁的问题,提出了一种可控硅(SCR)结构的ESD防护器件开启速度的优化方法。首先,基于0.35μm Bipolar-CMOS-DMOS(BCD)工艺制备了P~+浮空和P~+接地SCR结构器件,通过分析阱间距对P~+接地SCR影响,获知当阱间距增至8.68μm时,器件开启速度快且过击穿电压低。其次,对比分析关键尺寸参数相同条件下P~+接地与P~+浮空SCR器件ESD防护性能,传输线脉冲测试结果表明,P~+浮空比P~+接地SCR开启速度更快。最后,通过进一步优化P~+浮空SCR器件特征参数,器件开启速度可提高约17.70%。TCAD仿真结果证明:与P~+接地SCR相比,P~+浮空SCR的电流密度分布较均匀,且导通时间短,有利于提高开启速度,因此P~+浮空SCR器件更适用于高速集成电路的ESD防护。     

基于高分子电压诱导变阻膜的全PCB抗脉冲防护

随着芯片集成度的不断提高,内部互连导线间距越来越小,器件更易在静电作用下受到损害。为提高印制电路板（PCB）在实际应用中抗静电放电（ESD）和电磁脉冲（EMP）的能力,制作了一种高分子电压诱导变阻膜,将其嵌入PCB中形成脉冲吸收网络,使全板具备抗瞬变脉冲能力,实现对ESD和EMP的全系统防护。ESD防护实测结果表明,对比普通PCB,全抗脉冲PCB对静电脉冲有更快的响应速度和更高的释放效率;传输线脉冲（TLP）测试结果表明,采用电压诱导变阻膜的PCB中每一点都具有过电压脉冲吸收能力,电流泄放能力可达50 A以上。     

基于RC触发NMOS器件的ESD电路设计

研究了基于电阻(R)电容(C)触发n型金属氧化物半导体(NMOS)器件的静电放电(ESD)电路参数与结构的设计,讨论了电阻电容触发结构对ESD性能的提升作用,研究了不同RC值对ESD性能的影响以及反相器结构带来的ESD性能差异,并讨论了在特定应用中沟道放电器件的优势。通过一系列ESD测试电路的测试和分析,发现电阻电容触发结构可以明显提高ESD电路的保护能力,其中RC值10 ns设计的栅耦合NMOS(GCNMOS)电路具有最高的单位面积ESD保护能力,达到0.62 mA/μm2。另外对于要求触发电压特别低的应用场合,RC值1μs设计的GCNMOS电路将是最好的选择,ESD能力可以达到0.47 mA/μm2,而触发电压只有3 V。     

18V LDMOS器件ESD电流非均匀分布的模拟和测试分析

通过二维器件仿真,分析单指、多指18V nLDMOS器件在静电放电防护中电流分布的非均匀性问题。经仿真分析可知,寄生三极管的部分导通是单指器件电流分布不均匀的原因;器件的大面积特征、材料本身的不均匀性等因素导致叉指不同时触发,同时,由于nLDMOS各叉指基极被深N阱隔离,先被触发的叉指无法抬高未触发叉指的基极电位帮助其开启,是多指器件电流分布不均匀的原因。器件的TLP(Transmission line pulse)测试结果与仿真分析吻合,指长分别为50μm和90μm的单指器件ESD电流泄放能力分别为21mA/μm和15mA/μm;指长为50μm的单指、双指、四指和八指器件的ESD失效电流分别为1.037A、1.055A、1.937A和1.710A,不与指数成比例增大。     

双向可控硅静电防护器件中p型井对静电性能影响的研究

基于0.18μm Bipolar CMOS-DMOS(BCD)工艺,研究讨论了双向可控硅静电防护器件中p型井（PW）位置对器件维持电压以及鲁棒性的静电性能影响,可用于高压静电放电（ESD）保护。利用二维器件仿真平台和传输线脉冲测试系统（TLP）,预测和验证了PW的尺寸在高压工艺下对双向对称可控硅性能的影响。测量结果表明,在不增加器件面积的情况下,通过高压对称DDSCR器件PW层次的左侧边界位置缩进,所得的DDSCR＿PW器件的正向维持电压（Vh）虽然从30.15 V降低到15.63 V,反向维持电压从26.15 V降低到16.85 V,但与高压对称DDSCR器件相比,高压对称DDSCR＿PW器件具有提升失效电流的优点,其正向失效电流从6.68 A增加到18.22 A,反向失效电流从7.07 A增加到9.92A,论文阐述了产生此现象的原因。     

工艺参数对低压TVS器件耐压的影响

目前低压瞬间电压抑制(TVS)二极管工艺参数的研究还不够深入.从深p型(DP)基区杂质浓度、杂质注入能量及基区尺寸控制三个方面探究了工艺条件对低击穿电压的影响.当DP注入剂量小于6.0×1014cm-2时,pn结以雪崩击穿为主,耐压大于6V.DP注入能量在50 keY以下与高浓度n+区复合形成的pn结雪崩击穿耐压大于6V;当控制基区尺寸使n+集电区与DP基区的间距大于1.2 μm时击穿电压保持为7V,但是随着n+与DP基区的间距增加,电流导通路径受到挤压变窄,在相同的反向测试电流下,器件耐压略有提升.通过对单向TVS工艺仿真优化,选择了关键工艺参数,并进行了工程实验,制备了兼具低电容和高抗ESD能力的TVS器件,保证了对主器件实施可靠的保护.     

0.18μm RF CMOS双向可控硅ESD防护器件的研究(英文)

基于传统双向可控硅(DDSCR)提出了两种静电放电(ESD)保护器件,可应对正、负ESD应力从而在2个方向上对电路进行保护。传统的DDSCR通过N-well与P-well之间的雪崩击穿来触发,而提出的新器件则通过嵌入的NMOS/PMOS来改变触发机制、降低触发电压。两种改进结构均在0.18μmRFCMOS下进行流片,并使用传输线脉冲测试系统进行测试。实验数据表明,这两种新器件具有低触发电压、低漏电流(～nA),抗ESD能力均超过人体模型2kV,同时具有较高的维持电压(均超过3.3V),可保证其可靠地用于1.8V、3.3V I/O端口而避免出现闩锁问题。     

带有硅化物阻挡层的可控硅器件对维持电压的影响

基于0.18μm双极CMOS-DMOS(BCD)工艺,研究并实现了一种阳极和阴极两侧均加入硅化物阻挡层(SAB)的可控硅(SCR)器件,可用于高压静电放电保护(ESD).利用二维器件仿真平台和传输线脉冲测试系统(TLP),预测和验证了SAB层对可控硅性能的影响.测量结果表明,在不增加器件面积的情况下,通过增加SAB层,...     

Insight into multiple-triggering effect in DTSCRs for ESD protection

The diode-triggered silicon-controlled rectifier (DTSCR) is widely used for electrostatic discharge (ESD) protection in advanced CMOS process owing to its advantages, such as design simplification, adjustable trigger/holding voltage, low parasitic capacitance. However, the multiple-triggering effect in the typical DTSCR device may cause undesirable larger overall trigger voltage, which results in a reduced ESD safe margin. In previous research, the major cause is attributed to the higher current level required in the intrinsic SCR. The related discussions indicate that it seems to result from the current division rule between the intrinsic and parasitic SCR formed in the triggering process. In this letter, inserting a large space into the trigger diodes is proposed to get a deeper insight into this issue. The triggering current is observed to be regularly reduced along with the increased space, which confirms that the current division is determined by the parasitic resistance distributed between the intrinsic and parasitic SCR paths. The theoretical analysis is well confirmed by device simulation and transmission line pulse (TLP) test results. The reduced overall trigger voltage is achieved in the modified DTSCR structures due to the comprehensive result of the parasitic resistance vs triggering current, which indicates a minimized multiple-triggering effect.     

SiGe工艺中HBT结构ESD保护电路设计

为有效控制生产成本,减少工艺步骤,提出了在SiGe工艺中,用SiGe异质结双极型晶体管(HBT)代替传统二极管来实现静电放电(ESD)保护的方案。通过设计不同的HBT器件的版图结构,以及采取不同的端口连接方式,对HBT单体结构防护ESD的能力强弱和其寄生电容大小之间的关系进行了比较分析,并从中找出最优化的ESD解决方案。应用于实际电路中的验证结果表明,此方案在ESD防护能力达到人体模型(HBM)2 kV的基础上,I/O(IN/OUT输入输出)端口的寄生电容值可以做到200 fF以下,且此电容值还可通过HBT串联模式进一步降低。     

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.     

H型栅SOIMOS作为静电保护器件的维持电压的研究(英文)

对绝缘体上硅工艺来说,静电保护可靠性是一个关键且具有挑战性的问题。着重于研究H型栅SOIMOS的维持电压,通过实验发现此器件的维持电压与栅宽紧密联系。结合TCAD仿真解释了器件的工作机理,通过建立集约模型并由HSPICE仿真,揭示了体电阻与维持电压之间的关系。     

Design and Analysis of On-Chip ESD Protection Circuit with Very Low Input Capacitance for High-Precision Analog Applications

An ESD protection design is proposed to solve the ESD protection challenge to the analog pins for high-frequency or current-mode applications. By including an efficient power-rails clamp circuit into the analog I/O pin, the device dimension (W/L) of ESD clamp device connected to the I/O pad in the analog ESD protection circuit can be reduced to only 50/0.5 (m/m) in a 0.35-m silicided CMOS process, but it can sustain the human-body-model (machine-model) ESD level of up to 6 kV (400 V). With such a smaller device dimension, the input capacitance of this analog ESD protection circuit can be significantly reduced to only 1.0 pF (including the bond pad capacitance) for high-frequency applications. A design model to find the optimized layout dimensions and spacings on the input ESD clamp devices has been also developed to keep the total input capacitance almost constant (within 1% variation), even if the analog input signal has a dynamic range of 1 V.     

功率VDMOS器件ESD防护结构设计研究

随着半导体工艺的不断发展,器件的特征尺寸在不断缩小,栅氧化层也越来越薄,使得器件受到静电放电破坏的概率大大增加。为此,设计了一种用于保护功率器件栅氧化层的多晶硅背靠背齐纳二极管ESD防护结构。多晶硅背靠背齐纳二极管通过在栅氧化层上的多晶硅中不同区域进行不同掺杂实现。该结构与现有功率VDMOS制造工艺完全兼容,具有很强的鲁棒性。由于多晶硅与体硅分开,消除了衬底耦合噪声和寄生效应等,从而有效减小了漏电流。经流片测试验证,该ESD防护结构的HBM防护级别达8 kV以上。     

GaAs低噪声放大器的抗静电设计

基于提升GaAs低噪声放大器(LNA)的抗静电(ESD)能力的需求,且实现器件小型化轻量化,设计了一种S波段GaAs低噪声放大器的ESD防护电路,该电路利用1/4波长线的微波特性,通过1/4波长微带线并联在GaAs芯片的输入输出端,瞬态二极管(TVS)并联在芯片的电源端,不改变器件原有封装尺寸的条件下构成保护结构.基于ESD人体模型,运用静电模拟仪器对低噪声放大器进行了模拟试验,并对其性能进行了测试.结果表明,在6.5 mm×6.5 mm×2.4 mm的封装尺寸下,器件的抗静电能力从250 V提高到了1 000 V,在频率为2.6～3.7 GHz,带内增益大于25 dB,增益平坦度小于-±0.5 dB,噪声系数小于1.5 dB,满足高可靠领域应用的要求.     

功率NLDMOS电学安全工作区的版图设计优化

在不调整制备工艺、不增加工艺成本条件下,研究了管芯版图优化对功率n型横向扩散金属氧化物半导体(NLDMOS)电学安全工作区(E-SOA)的影响。通过研究p^+带嵌入方式、p^+图形形状、p^+分布密度、阵列单元栅宽及总栅数、金属引线方式等进行了版图设计优化和流片。管芯传输线脉冲(TLP)E-SOA测试结果表明,优化后的版图使NLDMOS在5 V工作电压下TLP E-SOA提升约30%,金属引线的加宽和叠加使NLDMOS的开态电流提升约7%。带状紧凑型p^+带且双栅极嵌入的优化版图设计能更好地稳定硅衬底电位,抑制寄生三极管的开启,增大E-SOA,提高器件可靠性。因此,版图设计优化对提升功率NLDMOS的性能和可靠性具有实际意义。     

MOS集成电路ESD保护技术研究

重点论述了ESD失效模式失效机理和MOS集成电路ESD保护电路。