低寄生電容ESD保護(hù)器件的研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)步，集成電路的飛速發(fā)展，靜電放電（Electrostatic Discharge，ESD）對(duì)集成電路產(chǎn)品可靠性影響日益嚴(yán)重，ESD保護(hù)面臨重重困難和挑戰(zhàn)。尤其是在高頻工作狀態(tài)下電路的ESD保護(hù)，高魯棒性ESD保護(hù)器件所帶來(lái)的寄生電容會(huì)對(duì)電路產(chǎn)生很大的影響。本文針對(duì)ESD保護(hù)器件的寄生電容展開(kāi)了研究，并進(jìn)行了優(yōu)化。
　　本文首先研究了常用 ESD保護(hù)器件二極管、MOSFET和 SCR（Silicon Contr

2、olled Rectifier）的工作原理和寄生電容特性。二極管正向ESD保護(hù)能力強(qiáng)，寄生電容??；MOSFET由于柵結(jié)構(gòu)的存在帶來(lái)了大量的寄生電容，不適合用于高頻下的ESD保護(hù)；SCR能在較小的芯片面積下達(dá)到很強(qiáng)的ESD保護(hù)能力，寄生電容較小，但也存在觸發(fā)電壓高維持電壓低的缺點(diǎn)。
　　針對(duì)正向二極管ESD電流泄放能力強(qiáng)寄生電容小的特點(diǎn)，研究了N+/Psub二極管尺寸對(duì)其寄生電容的影響，并提出了通過(guò)優(yōu)化二極管版圖結(jié)構(gòu)，增加p-n結(jié)周

3、長(zhǎng)面積比的方法降低其寄生電容，從而設(shè)計(jì)了華夫餅形和八邊形二極管版圖以及對(duì)應(yīng)的去除N+注入?yún)^(qū)中間部分的帶孔二極管版圖。帶孔版圖的低寄生電容特性要明顯優(yōu)于無(wú)孔版圖，在不同尺寸下寄生電容降低了16％到40%不等。八邊形二極管的低寄生電容特性要比華夫餅形優(yōu)秀，反映低寄生電容特性的品質(zhì)因數(shù)有明顯提高。
　　針對(duì)SCR器件寄生電容小觸發(fā)電壓高維持電壓低的特點(diǎn)，研究?jī)?yōu)化了SCR版圖和能降低觸發(fā)電壓的MSCR版圖，通過(guò)華夫餅型SCR和MSCR的版

4、圖設(shè)計(jì)可以在保持ESD保護(hù)能力的基礎(chǔ)上降低寄生電容。同時(shí)通過(guò)降低MSCR的觸發(fā)區(qū)面積可以有效降低其寄生電容，并保持觸發(fā)電壓不變。此外還研究了雙向SCR的寄生電容特性，雙向SCR可以通過(guò)內(nèi)部?jī)山M寄生電容相互串聯(lián)降低寄生電容。利用這一優(yōu)勢(shì)，通過(guò)添加觸發(fā)區(qū)降低其觸發(fā)電壓并通過(guò)調(diào)整P阱中的N+區(qū)與N阱的距離調(diào)節(jié)其維持電壓，但這也會(huì)增加其寄生電容。最終PMDDSCR能夠在17V左右觸發(fā)，維持電壓在4~9V之間可調(diào)，寄生電容最大可以保持在200fF