高压功率集成电路防静电保护芯片的研究

发布时间：2017-06-28 17:16

  本文关键词：高压功率集成电路防静电保护芯片的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着汽车电子、LED驱动电路、平板液晶显示器、荧光灯电子镇流器、电机驱动等电路的广泛应用,高压功率集成电路的应用越来越广,需求量也越来越大。但是,不管是在封装制造或是运送测试和使用等过程中,高压功率集成电路不可避免会受到大量ESD事件的影响。ESD已成为制约高压功率集成电路发展的重要可靠性问题之一。近年来各国在低压IC、射频、微波IC以及在射频微波功率LDMOS的输入输出端ESD保护上发表了大量研究文章,几乎所有普通CMOS低压集成电路和低压功率集成电路的I/O端口都采用了各式各样的静电放电保护电路,但针对高压功率集成电路特别是高压输出端口的静电放电保护电路国内外尚处于起步阶段。本论文通过分析研究提出了一种双向高维持电压大泄放电流的高压功率集成电路防静电保护器件结构。该结构集成了两只背靠背的高耐压量雪崩二极管,采用创新性的立体式耐压层技术,即复合型功率器件平面终端结技术和优化的元胞结构相结合,使器件的击穿点从表面移至体内比较平坦的平行结平面内;低掺杂N-外延层和单元内环绕主结的P+场限环分压结构,因电场叠加抵消作用使主结的电场分布均匀不集中,确保器件有高的耐压量和最小的串联电阻,并且器件在ESD脉冲下输出特性表现为无回扫的高维持电压特性;同时采用多单元结构提高器件的擎住泄放电流,从而承受住在相同芯片面积下比以往常用的低压瞬态抑制二极管(TVS)更高的泄放电流,大幅提高了高压功率集成电路的高压输出端ESD防静电保护的能力。所研发的双向高维持电压大泄放电流的高压功率集成电路防静电保护器件与技术成熟的低压端口ESD保护相结合,从而实现对工作于220V市电的高压功率集成电路全芯片引脚ESD保护,大幅提高了高压功率集成电路的可靠性。本文使用Silvaco-TCAD软件对相应的器件结构和参数进行了仿真验证,最后完成专利“宽范围大电流高维持电压的双端ESD集成保护器件及其制备方法”的知识产权申请和硕士论文撰写。
【关键词】：静电保护 高压ESD HVIC PIN二极管 瞬态电压抑制器
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN40
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 高压功率集成电路简介9-10
• 1.2 静电放电保护简介10-12
• 1.3 集成电路ESD研究现状和面临挑战12-14
• 1.4 本文的主要研究内容以及论文安排14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 第二章 高压功率集成电路基本设计技术16-28
• 2.1 基本功率器件和工艺介绍16-20
• 2.1.1 LDMOS和VDMOS器件16-18
• 2.1.2 Bipolar-CMOS-DMOS工艺18-20
• 2.2 功率集成电路中的常用终端技术20-22
• 2.2.1 弱化表面场技术20-21
• 2.2.2 场限环技术21-22
• 2.3 工艺和器件仿真技术简介22-27
• 2.3.1 工艺和器件仿真技术发展概况22-24
• 2.3.2 TCAD仿真软件简介24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 集成电路中ESD的测试和常规设计28-56
• 3.1 ESD常用测试模型28-34
• 3.1.1 人体放电模型HBM28-31
• 3.1.2 机器放电模型MM31-32
• 3.1.3 器件充电模型CDM32-34
• 3.2 ESD常用测试组合34-37
• 3.2.1 常规集成电路ESD测试组合34-37
• 3.2.2 功率集成电路中的ESD测试组合37
• 3.3 ESD保护电路的设计37-40
• 3.3.1 ESD保护电路设计原则37-38
• 3.3.2 ESD设计窗口38-40
• 3.4 ESD基本防护器件40-51
• 3.4.1 二极管41-43
• 3.4.2 双极晶体管43-44
• 3.4.3 MOS管44-46
• 3.4.4 可控硅整流器46-51
• 3.4.4.1 降低SCR触发电压的方法48-50
• 3.4.4.2 提高SCR维持电压的方法50-51
• 3.5 ESD防护器件仿真实例51-54
• 3.6 本章小结54-56
• 第四章 高压功率集成电路中的ESD保护设计56-79
• 4.1 功率集成电路高压输出端的ESD保护设计56-58
• 4.1.1 高压片内ESD保护方案57-58
• 4.1.2 高压片外ESD保护58
• 4.2 高压片内ESD保护器件58-61
• 4.2.1 低回滞特性MLSCR器件结构59-60
• 4.2.2 高压MLSCR堆叠结构60-61
• 4.3 高维持电压双向ESD保护器件61-75
• 4.3.1 平面终端技术双向ESD保护器件结构62-66
• 4.3.1.1 PIN二极管击穿分析62-64
• 4.3.1.2 基区宽度分析64-66
• 4.3.2 场限环仿真验证分析66-69
• 4.3.3 双向ESD保护器件设计69-75
• 4.4 高维持电压双向ESD保护器件的测试和应用75-78
• 4.4.1 ESD保护器件的测试75-76
• 4.4.2 ESD保护器件的应用举例76-78
• 4.5 本章小结78-79
• 第五章 总结与展望79-81
• 5.1 论文总结79-80
• 5.2 展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85
• 攻硕期间取得的研究成果85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 陈志勇;黄其煜;龚大卫;;BCD工艺概述[J];半导体技术;2006年09期

2 杨银堂;朱海刚;;BCD集成电路技术的研究与进展[J];微电子学;2006年03期

3 张波,李肇基,方健,罗萍,毛伟,罗小蓉,李泽宏,牛全民,杨舰,乔明,陈林;功率系统级芯片概念[J];微电子学;2004年02期

4 王国平;蔡菊荣;;高压功率集成电路[J];半导体情报;1990年03期

5 陈星弼;场限环的简单理论[J];电子学报;1988年03期

  本文关键词：高压功率集成电路防静电保护芯片的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：494673