基于不同工藝的低電容ESD保護器件的研究.pdf

1、靜電放電(ESD)事件是一種最為常見的造成集成電路失效的自然現(xiàn)象。隨著集成電路的集成度不斷提高，芯片面積縮小，電路的工作頻率逐漸上升，ESD保護器件寄生電容的要求也相應(yīng)提高。本文主要針對射頻(RF)集成電路的ESD防護問題，研究該應(yīng)用下ESD魯棒性強、寄生電容低的ESD保護器件。并在0.18μm CMOS工藝、0.35μm SiGe工藝及55nm RF CMOS工藝這三種工藝下流片實驗。研究分析多種ESD保護器件的結(jié)構(gòu)、工作原理及寄生電

2、容，并通過流片測試得出每種器件的寄生電容、ESD魯棒性及相關(guān)優(yōu)化建議。主要內(nèi)容如下：
　　本文介紹了ESD相關(guān)的三種物理測試模型及 ESD相關(guān)的兩種特殊測試評估模型；分析了常用的四種ESD保護器件的結(jié)構(gòu)及工作原理；提出了ESD設(shè)計相關(guān)的基本理念及設(shè)計需要考慮的多方面因素?；谥髁?.18μm CMOS工藝提出兩種低電容ESD保護器件：二極管器件及SCR器件。二極管器件選用N+/P-well及P+/N-well兩種二極管結(jié)構(gòu)，研究了

3、兩者的ESD魯棒性及寄生電容。SCR器件則包含普通SCR、改進型SCR及柵極輔助觸發(fā)SCR三種器件，由于SCR器件的觸發(fā)電壓普遍較高，因此兩種改進器件主要減小了器件的觸發(fā)電壓，但卻會導(dǎo)致寄生電容的上升，因此，要協(xié)調(diào)兩者的矛盾關(guān)系?；诋愘|(zhì)結(jié)0.35μm SiGe工藝提出兩種低電容保護器件。第一種是SiGe工藝下獨有的SiGe HBT器件，分析了該器件結(jié)構(gòu)及寄生電容，并通過在版圖上插入集電極接觸，將SiGe HBT器件的失效電流提高到9A

4、。第二種是新型自觸發(fā)堆棧式低電容SCR ESD保護器件，該器件具有觸發(fā)電壓穩(wěn)定不變，維持電壓可隨堆棧器件的個數(shù)增多而增大的特點，因此應(yīng)用范圍較廣。該器件的堆棧結(jié)構(gòu)使得器件的寄生電容較小，所以可適用于對寄生電容要求嚴苛的IC電路。基于低壓55nm RF CMOS工藝提出兩種低壓低電容保護器件即為二極管串及二極管觸發(fā)SCR器件，并通過對兩種器件的版圖優(yōu)化減小器件的寄生電容。此外，由于單位長度的SCR器件的ESD保護能力較強，因此相同面積下二