低寄生電容ESD保護器件的研究.pdf

1、隨著半導體工藝技術(shù)的進步，集成電路的飛速發(fā)展，靜電放電（Electrostatic Discharge，ESD）對集成電路產(chǎn)品可靠性影響日益嚴重，ESD保護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，高魯棒性ESD保護器件所帶來的寄生電容會對電路產(chǎn)生很大的影響。本文針對ESD保護器件的寄生電容展開了研究，并進行了優(yōu)化。
　　本文首先研究了常用 ESD保護器件二極管、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保護能力強，寄生電容?。籑OSFET由于柵結(jié)構(gòu)的存在帶來了大量的寄生電容，不適合用于高頻下的ESD保護；SCR能在較小的芯片面積下達到很強的ESD保護能力，寄生電容較小，但也存在觸發(fā)電壓高維持電壓低的缺點。
　　針對正向二極管ESD電流泄放能力強寄生電容小的特點，研究了N+/Psub二極管尺寸對其寄生電容的影響，并提出了通過優(yōu)化二極管版圖結(jié)構(gòu)，增加p-n結(jié)周

3、長面積比的方法降低其寄生電容，從而設計了華夫餅形和八邊形二極管版圖以及對應的去除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SCR器件寄生電容小觸發(fā)電壓高維持電壓低的特點，研究優(yōu)化了SCR版圖和能降低觸發(fā)電壓的MSCR版圖，通過華夫餅型SCR和MSCR的版

4、圖設計可以在保持ESD保護能力的基礎上降低寄生電容。同時通過降低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可以通過內(nèi)部兩組寄生電容相互串聯(lián)降低寄生電容。利用這一優(yōu)勢，通過添加觸發(fā)區(qū)降低其觸發(fā)電壓并通過調(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