高压工艺新型ESD器件及全芯片保护研究

发布时间：2020-05-29 06:33

【摘要】：高压(high-voltage,HV)集成电路已经广泛应用于开关电源、电源管理、汽车电子产品以及驱动电路等应用上,这使得越来越多便携式消费类电子产品普及。在高压集成电路中,静电放电(electrostatic discharge,ESD)防护能力已经作为评估产品可靠性的重要指标之一。在高压集成电路中,硅控整流器(SCR)成为人们研究的热点。在ESD应力下,双载流子注入效应和SCR寄生的NPN管和PNP管的正反馈机制使SCR获得很低的维持电压,这将会导致它作为电源(VDD)到地(GND)间的钳位电路(power-rail clamp circuit)使用时容易发生闩锁(latch up)。目前,增加ESD器件的抗闩锁能力的一种方法是增加触发电流或维持电流大于发生闩锁效应最小的触发电流,另一种是增加其维持电压(V_h)大于集成电路的工作电压(VDD)。本文主要的内容如下:在本论文中,从传统CMOS工艺ESD基本防护器件和高压ESD基本防护器件的特性对比研究入手,分析了高压ESD器件鲁棒性很弱的原因以及高压IC静电保护存在的困难和挑战。基于0.18-μm BCD和12V BJT两种不同的高压工艺,通过仿真和流片测试手段,进行器件级和电路级的ESD防护设计研究。首先,介绍了ESD相关的三种物理测试模型和两种特殊测试评估模型;分析了四种ESD防护基础器件特性;介绍了之前的抗闩锁效应的四种器件类型。其次,本论文根据高压ESD防护器件的设计窗口和Kirk效应对高压ESD保护器件的影响,研究了BCD工艺下的NLDMOS器件,并利用嵌入SCR的方法减小由Kirk效应导致的弱鲁棒性问题。提出了一种自触发堆叠硅控整流器(Self-triggered stacked silicon-controlled rectifier structure,STSSCR),它采用堆叠方式实现闩锁效应高免疫能力并得到成功验证,该器件包含一个MLSCR和多个DTSCRs,随着堆叠数目增加保持触发电压基本不变且能有效地提高维持电压。最后,本论文探讨了在实际工程应用的电路级高压ESD全芯片防护,要满足两两引脚之间都存在静电放电通路,需要利用总线的方法构建ESD保护网络。从分析高压12V BJT工艺特点入手设计了不同应用要求的ESD单体器件,再根据高压IC的端口电路,将满足要求的单体器件接入电源轨总线,提出全芯片ESD保护方案,并进行流片和测试。
【图文】：

电子科技大学硕士学位论文第二章 ESD 保护的基础理论2.1 ESD 的概念静电放电（ESD）是一种最普遍的威胁半导体芯片的可靠性问题。ESD 事件是指有限的电荷从一个对象（如人体）转移到另一个对象(即芯片)的过程。这个过程在很短的时间内会产生非常高的电流通过芯片，因此超过 35%的芯片损坏可以归因于 ESD 相关事件。在半导体行业设计片上 ESD 结构去防止集成电路的 ESD应力损坏已经是一个高优先级的措施。图 2-1 显示了芯片上四种受 ESD 应力损坏的例子，从左上角开始为金属线熔断，金属接触破坏，晶体结构改变，，结损坏。

图 2-2 人体放电示意图 2.2.2 机器模型 MM同 HBM 相比较，机器模型是模拟一充电的机器臂、测试夹具或者任何其他类放电示意图。一般 MM 测试模型有一个这个电容直接进入测试设备通过 500nH 试模型的等效电路图。图 2-4 机械放电示意图
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN405

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘玮;;中医护理对ESD术后病人恢复的影响[J];中国中医药现代远程教育;2017年01期

2 买倩;赵延凤;石思奇;;1例前列腺增生患者ESD术后多次导尿致尿道出血的护理体会[J];当代护士(下旬刊);2017年04期

3 赵雪琴;王振东;;ESD治疗早期食管癌与癌前病变的价值及术后病理分析[J];中外医学研究;2017年12期

4 杨光旭;;ESD术对早期胃癌及癌前病变的治疗价值[J];实用癌症杂志;2017年04期

5 廖春连;王健;翟越;;基于二极管技术优化射频集成电路的ESD[J];无线电通信技术;2017年03期

6 董红娟;丁辉;;ESD治疗食管隆起性病变的临床分析[J];华夏医学;2017年01期

7 蒲华云;段惠春;祝杰;;ESD治疗早期胃癌及癌前病变89例临床分析[J];甘肃医药;2017年07期

8 欧阳合意;谢清云;周园园;;规范化护理对胃ESD后经多功能胃肠管行肠内营养患者的影响[J];齐鲁护理杂志;2017年16期

9 时冬梅;邵红刚;;ESD与传统手术治疗早期胃癌患者的临床效果对比分析[J];癌症进展;2017年07期

10 孙正捷;;医用注射泵静电放电(ESD)问题整改[J];中国医疗器械信息;2015年12期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 刘雪;蔡洪;;内镜黏膜下剥离术(ESD)在上消化道隆起性病灶中的临床应用[A];中国中药杂志2015/专集：基层医疗机构从业人员科技论文写作培训会议论文集[C];2016年

2 陈辉;;移动电话的ESD测试要求及防护设计[A];中国电子学会可靠性分会第十三届学术年会论文选[C];2006年

3 张灵振;陈开颜;赵强;;多模式射频集成电路ESD保护设计[A];中国物理学会静电专业委员会第十三届学术年会论文集[C];2006年

4 张灵振;陈开颜;赵强;;射频集成电路ESD保护与电路的相互作用和评估[A];中国物理学会静电专业委员会第十三届学术年会论文集[C];2006年

5 毕增军;盛文;李桂祥;项建涛;;ESD火花产生的电磁场孔缝耦合实验研究[A];中国物理学会第十五届静电学术年会论文集[C];2009年

6 水江澜;丁楚雄;陈春华;;锂离子电池负极薄膜的静电喷雾沉积(ESD)制备与表征[A];2005中国储能电池与动力电池及其关键材料学术研讨会论文集[C];2005年

7 刘卫东;刘尚合;;集成电路ESD保护设计技术[A];中国物理学会静电专业委员会第十三届学术年会论文集[C];2006年

8 朱长清;刘尚合;;电子设备搬运中的ESD危害研究[A];第十二届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2002年

9 王斌;邱华贵;王振中;;码头卸料系统ESD测试简化步骤研究与应用[A];2016年全国设备监测诊断与维护学术会议暨第十五届全国设备故障诊断学术会议、第十七届全国设备监测与诊断学术会议、2016年全国设备诊断工程会议论文集[C];2016年

10 龙晓英;;依托咪酯麻醉在ESD手术中的护理效果观察[A];第十七届西南地区消化病学术会议暨2014贵州省消化病及消化内镜学术年会论文汇编[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 曾杰;集成电路新型ESD防护器件研究[D];浙江大学;2016年

2 杜晓阳;CMOS射频集成电路片上ESD防护研究[D];浙江大学;2009年

3 梁海莲;集成电路高压ESD防护器件的研究[D];江南大学;2014年

4 姜玉稀;深亚微米CMOS工艺下全芯片ESD设计与仿真的研究[D];上海大学;2011年

5 李立;RFIC的ESD防护电路与优化设计技术研究[D];西安电子科技大学;2012年

6 蒋苓利;功率集成电路中高压ESD防护表面电流抑制模型与器件研究[D];电子科技大学;2013年

7 黄晓宗;ESD保护器件研究及其在电路协同设计中的应用[D];电子科技大学;2017年

8 张冰;次亚微米CMOS工艺下的ESD防护技术研究[D];西安电子科技大学;2011年

9 朱志炜;超深亚微米CMOS器件ESD可靠性研究[D];西安电子科技大学;2007年

10 樊航;高压集成电路中LDMOS结构在ESD应力下的特性研究[D];电子科技大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 钱玲莉;高压工艺新型ESD器件及全芯片保护研究[D];电子科技大学;2018年

2 张玲玲;基于GaAs工艺的低噪声放大器及ESD保护电路设计[D];东南大学;2015年

3 王乔楠;微波混合集成电路的ESD设计[D];电子科技大学;2011年

4 吴健;静电放电（ESD）辐射特性的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

5 李婵娟;金属钛夹在肠巨大息肉切除术及ESD中的应用[D];大连医科大学;2012年

6 张银香;ESD系统在长输管道中的应用研究[D];兰州理工大学;2014年

7 吴启明;载人航天系统安全性风险评估的ESD方法研究及软件实现[D];国防科学技术大学;2005年

8 潘永洋;初中生物教学中渗透ESD的实践研究[D];内蒙古师范大学;2016年

9 缪家斌;低寄生电容ESD保护器件的研究[D];电子科技大学;2015年

10 赵俊萍;芯片制造工艺中的静电放电（ESD）及其防治对策研究[D];上海海事大学;2003年

本文编号：2686546