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。     

保护环版图结构对ESD防护器件耐压能力的影响

基于华润上华0.5 μm双极-CMOS-DMOS (BCD)工艺设计制备了不同保护环分布情况下的叉指型内嵌可控硅整流器的横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS-SCR)结构器件,并利用传输线脉冲(TLP)测试比较静电放电(ESD)防护器件的耐压能力.以LDMOS-SCR结构为基础,按照16指、8指、4指和2指设置保护环,形成4种不同类型的版图结构.通过器件的直流仿真分析多指器件的开启情况,利用传输线脉冲测试对比不同保护环版图结构的耐压能力.仿真和测试结果表明,改进后的3类版图结构相对于普遍通用的第一类版图结构,二次击穿电流都有所提升,其中每8指设置一个保护环的版图结构二次击穿电流提升了76.36％,其单位面积的鲁棒性能也最好,为相应工艺设计最高耐压值的ESD防护器件提供了参考结构和方法.     

基于130 nm SOI工艺数字ASIC ESD防护设计

绝缘体上硅(SOI)工艺具有寄生电容小、速度快和抗闩锁等优点,成为低功耗和高性能集成电路(IC)的首选.但SOI工艺IC更易受自加热效应(SHE)的影响,因此静电放电(ESD)防护设计成为一大技术难点.设计了一款基于130 nm部分耗尽型SOI (PD-SOI)工艺的数字专用IC (ASIC).针对SOI工艺ESD防护设计难点,进行了全芯片ESD防护原理分析,通过对ESD防护器件、I/O管脚ESD防护电路、电源钳位电路和ESD防护网络的优化设计,有效减小了SHE的影响.该电路通过了4.5 kV人体模型ESD测试,相比国内外同类电路有较大提高,可以为深亚微米SOI工艺IC ESD防护设计提供参考.     

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。     

静电放电(ESD)在电子装联中的危害及防护

通过对静电及静电放电(ESD)的简单介绍,提出了在电子装联中进行静电防护的必要性和基本思路.     

PDSOI NMOS器件激光模拟光电流效应

为获得N型金属氧化物半导体(NMOS)器件在γ射线辐照条件下的光电流特性,采用激光模拟技术,利用部分耗尽型绝缘体上硅(PDSOI)工艺NMOS器件进行激光照射试验,获得不同尺寸和拓扑结构器件在激光照射条件下光电流和激光入射能量之间的关系.利用TCAD仿真工具进行器件的光电流仿真,对比TCAD仿真与激光模拟试验数据,两组...     

栅长对SOI NMOS器件ESD特性的影响

采用TLP测试的方式,研究了不同栅长对栅接地SOI NMOS器件ESD(Electrostatic discharge,静电放电)特性的影响,结果发现栅长越大,维持电压VH越大,ESD二次击穿电流It2越大;其原因可能与薄硅层中的热分布有关。     

基于UTB-SOI技术的双辅助触发SCR ESD防护器件研究

为了提高FDSOI ESD防护器件的二次击穿电流,基于UTB-SOI技术,提出了一种SOI gg-NMOS和寄生体硅PNP晶体管双辅助触发SCR器件。通过gg-NMOS源区的电子注入和寄生PNP晶体管的开启,共同辅助触发主泄放路径SCR,快速泄放ESD电流。TCAD仿真结果表明,新结构能够泄放较高的二次击穿电流,具有可调节的触发电压。     

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SCR结构的纳米工艺ESD防护器件研究

本文主要针对用于ESD防护的SCR结构进行了研究。通过对其ESD泄放能力和工作机理的研究,为纳米工艺下的IC设计提供ESD保护。本文的研究主要集中在两种常见的SCR上,低触发电压SCR(LVTSCR)与二极管辅助触发SCR(DTSCR)。本文也对以上两种SCR结构进行了改进,使得其能够在不同工作环境和相应电压域下达到相应的ESD防护等级。本文的测试与分析基于传输线脉冲测试仪(TLP)与TCAD仿真进行,通过对SCR中的正反馈工作机理的阐述,证明了SCR结构是一种新颖有效的ESD防护器件。     

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.     

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。     

一种系统级封装的ESD保护技术

介绍了一种系统级封装(SiP)的ESD保护技术.采用瞬态抑制二极管(TVS)构建合理的ESD电流泄放路径,实现了一种SiP的ESD保护电路.将片上核心芯片的抗ESD能力从HBM 2 000 V提升到8 000 V.SiP ESD保护技术相比片上ESD保护技术,抗ESD能力提升效果显著,缩短了开发周期.该技术兼容原芯片封...     

应用于片上ESD防护中新式直通型MOS触发SCR器件的研究

在基于0.13μm CMOS工艺制程下,为研究片上集成电路ESD保护,对新式直通型MOS触发SCR器件和传统非直通型MOS触发SCR进行了流片验证,并对该结构各类特性进行了具体研究分析。实验采用TLP(传输线脉冲)对两类器件进行测试验证,发现新式直通型MOS触发SCR结构要比传统非直通型MOS触发SCR具有更低的触发电压、更小的导通电阻、更好的开启效率以及更高的失效电流。     

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.     

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.     

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。