發(fā)布時(shí)間：2020-11-19 16:01

　　 靜電放電(ESD)對(duì)集成電路(IC)及電子產(chǎn)品的影響日益不容忽視。隨著B(niǎo)ipolar-CMOS-DMOS(BCD)工藝的快速發(fā)展與高壓IC應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,適用于中低壓IC的傳統(tǒng)ESD防護(hù)器件并不能直接移植應(yīng)用于高壓IC,成為了高壓IC ESD防護(hù)領(lǐng)域一個(gè)比較棘手的問(wèn)題。針對(duì)高壓IC的工作特點(diǎn)及其ESD防護(hù)需求,設(shè)計(jì)高性能的ESD防護(hù)器件,近年來(lái)已成為該領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文基于高壓IC的制備工藝,研究了高壓ESD防護(hù)器件的工作原理;遵循ESD設(shè)計(jì)規(guī)則,改進(jìn)了器件結(jié)構(gòu)與優(yōu)化版圖或金屬布線等,設(shè)計(jì)了具有高維持電壓、抗閂鎖性能的ESD防護(hù)器件;同時(shí),利用Sentaurus仿真軟件分析了器件內(nèi)部的電學(xué)特性變化,并結(jié)合實(shí)際的流片測(cè)試,驗(yàn)證了器件的ESD性能。論文的主要內(nèi)容歸納如下。首先簡(jiǎn)要介紹了ESD模型、失效類(lèi)型和傳輸線脈沖(TLP)測(cè)試方法;概述了計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(TCAD)仿真軟件的應(yīng)用方法及器件結(jié)構(gòu)、電學(xué)特性的仿真流程;研究了二極管、MOS管、可控硅(SCR)和內(nèi)嵌SCR的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS-SCR)器件的ESD防護(hù)工作原理,并結(jié)合部分器件的3D TCAD仿真研究,初步探討了在ESD應(yīng)力作用下的器件內(nèi)部物理機(jī)制。其次,基于0.35-μm BCD工藝制備了傳統(tǒng)LDMOS-SCR器件,結(jié)合3D TCAD仿真及TLP測(cè)試,分析了器件的工作原理及其ESD防護(hù)性能。通過(guò)在傳統(tǒng)LDMOS-SCR結(jié)構(gòu)中分別設(shè)計(jì)陽(yáng)極環(huán)形N+結(jié)構(gòu)和增加陽(yáng)極端漂移區(qū),制備了兩種具有新型結(jié)構(gòu)的LDMOS-SCR器件。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明:與傳統(tǒng)LDMOS器件相比,新型陽(yáng)極環(huán)形N+結(jié)構(gòu)的LDMOS-SCR器件和陽(yáng)極端含漂移區(qū)的LDMOS-SCR器件的維持電壓可分別從2.75 V增大至8.41 V和16.20 V。此外,通過(guò)增加溝道長(zhǎng)度以及浮空N+與陽(yáng)極端N+接觸孔之間的間距,可以持續(xù)提高器件的維持電壓。在傳統(tǒng)LDMOS-SCR的基礎(chǔ)上,為了提高維持電壓及抗閂鎖能力,通過(guò)采取增加NBL埋層和嵌入P-Body層等方法,設(shè)計(jì)了新型LDMOS-SCR器件。受流片周期限制,主要通過(guò)TCAD仿真分析了該新器件的工作特性及電學(xué)原理,評(píng)估了其ESD防護(hù)特性。再次,基于0.5-μm BCD工藝,設(shè)計(jì)了改進(jìn)型內(nèi)嵌PMOS雙向SCR器件,3D TCAD仿真及流片測(cè)試結(jié)果表明:與傳統(tǒng)雙向SCR相比,改進(jìn)型內(nèi)嵌PMOS雙向SCR器件不僅具有低觸發(fā)電壓和高維持電壓,而且具有較小的版圖面積,可提高器件單面面積的ESD魯棒性。通過(guò)調(diào)整塊狀N+與P+的個(gè)數(shù),發(fā)現(xiàn)N+/P+的比例越小,改進(jìn)后器件的維持電壓越高,可增強(qiáng)器件的抗閂鎖能力。該設(shè)計(jì)方法可為高壓ESD防護(hù)器件的設(shè)計(jì)或改進(jìn)提供有益的參考。最后,為提高雙向SCR結(jié)構(gòu)的維持電壓,增強(qiáng)其抗閂鎖性,提出了一種內(nèi)嵌叉指NMOS雙向SCR結(jié)構(gòu)的ESD保護(hù)器件。通過(guò)分析其等效電路及3D TCAD仿真研究,初步預(yù)測(cè)了該器件的ESD防護(hù)特性。
【學(xué)位單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN386
【部分圖文】：

圖 1-1 IC 失效原因分布圖件、IC 等電子產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，通常采取增加空氣濕度服和防靜電手套等措施，增強(qiáng)它們的外圍 ESD 防護(hù)能中，上述方法仍不能有效避免 ESD 現(xiàn)象。近 30 年來(lái)，D 防護(hù)能力，常采用在片上 IC 或電子元器件的外圍增強(qiáng)將 ESD 電流泄放至大地，避免 ESD 損壞電路。制造工藝的不斷發(fā)展，芯片尺寸由微米級(jí)向納米級(jí)過(guò)渡，柵氧化層的厚度越來(lái)越薄，電路的工作電壓與柵氧擊

圖 2-2 HBM 靜電放電標(biāo)準(zhǔn)等效電路應(yīng)的靜電放電工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等效電路如圖 2-2 所示。其中，體的等效電容約為 100 pF。電容充電的過(guò)程相當(dāng)于人相當(dāng)于人體接觸芯片放電的過(guò)程。根據(jù) IEC 制定的標(biāo)1 所示。表 2-1 HBM 耐壓等級(jí)分類(lèi)等級(jí)分類(lèi) 耐壓值/V等級(jí) 1 0~1999等級(jí) 2 2000~3999等級(jí) 3 4000~15999展，在芯片的制造、封裝、運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，機(jī)器開(kāi)始個(gè)領(lǐng)域[44]。當(dāng)機(jī)器（如機(jī)械臂）本身就帶有靜電，在操機(jī)器上的靜電便傳遞到芯片上，通過(guò)部分管腳泄放。M

相當(dāng)于人體接觸芯片放電的過(guò)程。根據(jù) IEC 制定的標(biāo)準(zhǔn)2-1 所示。表 2-1 HBM 耐壓等級(jí)分類(lèi)等級(jí)分類(lèi) 耐壓值/V等級(jí) 1 0~1999等級(jí) 2 2000~3999等級(jí) 3 4000~15999發(fā)展，在芯片的制造、封裝、運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，機(jī)器開(kāi)始個(gè)領(lǐng)域[44]。當(dāng)機(jī)器（如機(jī)械臂）本身就帶有靜電，在操機(jī)器上的靜電便傳遞到芯片上，通過(guò)部分管腳泄放。M于機(jī)器基本都是金屬制造的，因此機(jī)器的等效電阻為 0 HBM 相比，MM 的等效電阻幾乎為零，遠(yuǎn)比 HBM 小MM 的放電時(shí)間更短，電流更大[45]。
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本文編號(hào)：2890199