基于CMOS工艺的ESD器件及全芯片防护设计
发布时间：2021-03-18 18:23
随着半导体制造工艺的飞速发展,工艺特征尺寸从亚微米缩小至纳米等级,栅氧化层变得越来越薄且扩散区越来越浅,这些制程上的发展使得半导体器件的栅氧化层击穿电压降低、栅极漏电流增加,进而导致集成电路（Integrated Circuit,IC）更易因静电放电（Electro-Static Discharge,ESD）而损坏。因此,所有电子产品在设计之初就应将抗静电能力纳入芯片的可靠性设计中,为达到全芯片静电防护的目的,所有焊盘（PAD）皆须有静电防护器件。本论文致力于研究在CMOS工艺下的高性能ESD防护器件及全芯片防护设计,主要对SCR器件和电源轨间线间的ESD箝位电路进行优化设计,并将改进后的器件应用到某数据接口芯片的全芯片ESD防护网络中。论文主要工作分为两大板块:（1）对常规ESD防护器件:简单横向可控硅、二极管触发可控硅、低触发电压可控硅、嵌入LDMOS的可控硅和电源轨线箝位ESD进行测试分析,在此基础上,提出了四种新型的ESD防护器件:a.一种嵌入无沟道型LDPMOS的双向可控硅静电防护器件（NonLDPMOSSCR）。该器件在 0.5-μm5V/18V/24...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＩＶ特性曲线??数据接口芯片上集成ＥＳＤ管成功产品，目前仅有美国ＴＩ、台湾晶焱两家公??
（ａ）?ＳＣＲ器件?（ｂ）反偏二极管??图１．１?ＩＶ特性曲线??数据接口芯片上集成ＥＳＤ管成功产品，目前仅有美国ＴＩ、台湾晶焱两家公??司。ＴＩ的产品ＢＣ１８２可以做到静电防护８ｋＶ，?ＢＣ１８４可以做到静电防护１５ｋＶ，??它们实现了?ＥＳＤ片上集成，在国内销售的正品甚少。台湾晶焱的ＡＺＲＳ３０８２标??称静电防护等级为３０ｋＶ，但现阶段国内因技术匮乏。如图１．２中所示Ｓａｌｃｅｄ设??计了一款内嵌ＰＭＯＳ、Ｎ－Ｔｕｂ电极开路的单向ＬＶＴＳＣＲ，图１．３为其ＴＬＰ测试曲??线。通过将此器件并联实现双向泄放功能，并应用于一款工作电压为５Ｖ的数据??通信传输芯片－１０Ｖ－＋１０Ｖ的端口，达成了系统级ＩＥＣ防护等级１５ｋＶ。此器件的??维持电压低于被保护电路工作电压
２３６＊２３６ｎｎｉ２。但是此器件用到了一个名为ＳＰ的特殊工艺层次，在标准??ＣＭＯＳ／ＤＭＯＳ工艺中无此层次。并且该器件将ＰＡＤ置于ＳＣＲ器件之上，以节省??芯片面积，这在大多数集成电路工艺里也是不支持的。现有片上集成ＥＳＤ器件??的产品和相关文献总结如表１．２所７Ｋ。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RS-485接口的电涌保护器设计与应用研究[J]. 王林,赵怀林,陈科企,王志翔. 电瓷避雷器. 2016(01)
[2]多晶硅栅对LDMOS-SCR器件ESD防护性能的影响[J]. 黄龙,梁海莲,顾晓峰,董树荣,毕秀文,魏志芬. 浙江大学学报(工学版). 2015(02)
[3]纳米尺度超低漏电ESD电源钳位电路研究[J]. 王源,张雪琳,曹健,陆光易,贾嵩,张钢刚. 北京大学学报(自然科学版). 2014(04)
[4]保护RS-485通信网络不受有害EMC事件影响[J]. James Scanlon,Koenraad Rutgers. 电子产品世界. 2014(04)
[5]深亚微米CMOS电路多电源全芯片ESD技术研究[J]. 杨兵,罗静,于宗光. 电子器件. 2012(03)
[6]电力载波技术在路灯控制系统中的应用[J]. 陈宏伟,张少锋,陈治川. 微计算机信息. 2010(13)
[7]基于RS485总线技术的微机与智能仪表的双向通信设计[J]. 张冰,苏燕辰. 中国测试技术. 2005(01)
博士论文
[1]深亚微米CMOS工艺下全芯片ESD设计与仿真的研究[D]. 姜玉稀.上海大学 2011
硕士论文
[1]高压集成电路的ESD防护器件设计与研究[D]. 毕秀文.江南大学 2016
[2]集成TVS器件的RS485接口芯片的分析和设计[D]. 蒋琦.湘潭大学 2015
[3]基于SCR的ESD保护器件研究[D]. 连捷坤.电子科技大学 2014
[4]集成电路典型工艺下I/O电路及片上ESD防护设计研究[D]. 李明亮.浙江大学 2011
[5]ESD仿真技术研究[D]. 黄大海.浙江大学 2010
[6]CMOS集成电路ESD保护研究[D]. 宋晓春.电子科技大学 2009
[7]65nm NOR Flash Memory工艺下的耐高压电源轨ESD保护电路的设计与实现[D]. 徐树杰.复旦大学 2008
[8]MOSFET模型及MUX/DEMUX电路设计[D]. 张少勇.东南大学 2006
本文编号：3088725
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＩＶ特性曲线??数据接口芯片上集成ＥＳＤ管成功产品，目前仅有美国ＴＩ、台湾晶焱两家公??
（ａ）?ＳＣＲ器件?（ｂ）反偏二极管??图１．１?ＩＶ特性曲线??数据接口芯片上集成ＥＳＤ管成功产品，目前仅有美国ＴＩ、台湾晶焱两家公??司。ＴＩ的产品ＢＣ１８２可以做到静电防护８ｋＶ，?ＢＣ１８４可以做到静电防护１５ｋＶ，??它们实现了?ＥＳＤ片上集成，在国内销售的正品甚少。台湾晶焱的ＡＺＲＳ３０８２标??称静电防护等级为３０ｋＶ，但现阶段国内因技术匮乏。如图１．２中所示Ｓａｌｃｅｄ设??计了一款内嵌ＰＭＯＳ、Ｎ－Ｔｕｂ电极开路的单向ＬＶＴＳＣＲ，图１．３为其ＴＬＰ测试曲??线。通过将此器件并联实现双向泄放功能，并应用于一款工作电压为５Ｖ的数据??通信传输芯片－１０Ｖ－＋１０Ｖ的端口，达成了系统级ＩＥＣ防护等级１５ｋＶ。此器件的??维持电压低于被保护电路工作电压
２３６＊２３６ｎｎｉ２。但是此器件用到了一个名为ＳＰ的特殊工艺层次，在标准??ＣＭＯＳ／ＤＭＯＳ工艺中无此层次。并且该器件将ＰＡＤ置于ＳＣＲ器件之上，以节省??芯片面积，这在大多数集成电路工艺里也是不支持的。现有片上集成ＥＳＤ器件??的产品和相关文献总结如表１．２所７Ｋ。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RS-485接口的电涌保护器设计与应用研究[J]. 王林,赵怀林,陈科企,王志翔. 电瓷避雷器. 2016(01)
[2]多晶硅栅对LDMOS-SCR器件ESD防护性能的影响[J]. 黄龙,梁海莲,顾晓峰,董树荣,毕秀文,魏志芬. 浙江大学学报(工学版). 2015(02)
[3]纳米尺度超低漏电ESD电源钳位电路研究[J]. 王源,张雪琳,曹健,陆光易,贾嵩,张钢刚. 北京大学学报(自然科学版). 2014(04)
[4]保护RS-485通信网络不受有害EMC事件影响[J]. James Scanlon,Koenraad Rutgers. 电子产品世界. 2014(04)
[5]深亚微米CMOS电路多电源全芯片ESD技术研究[J]. 杨兵,罗静,于宗光. 电子器件. 2012(03)
[6]电力载波技术在路灯控制系统中的应用[J]. 陈宏伟,张少锋,陈治川. 微计算机信息. 2010(13)
[7]基于RS485总线技术的微机与智能仪表的双向通信设计[J]. 张冰,苏燕辰. 中国测试技术. 2005(01)
博士论文
[1]深亚微米CMOS工艺下全芯片ESD设计与仿真的研究[D]. 姜玉稀.上海大学 2011
硕士论文
[1]高压集成电路的ESD防护器件设计与研究[D]. 毕秀文.江南大学 2016
[2]集成TVS器件的RS485接口芯片的分析和设计[D]. 蒋琦.湘潭大学 2015
[3]基于SCR的ESD保护器件研究[D]. 连捷坤.电子科技大学 2014
[4]集成电路典型工艺下I/O电路及片上ESD防护设计研究[D]. 李明亮.浙江大学 2011
[5]ESD仿真技术研究[D]. 黄大海.浙江大学 2010
[6]CMOS集成电路ESD保护研究[D]. 宋晓春.电子科技大学 2009
[7]65nm NOR Flash Memory工艺下的耐高压电源轨ESD保护电路的设计与实现[D]. 徐树杰.复旦大学 2008
[8]MOSFET模型及MUX/DEMUX电路设计[D]. 张少勇.东南大学 2006
本文编号：3088725
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