基于SCR的ESD保護器件研究.pdf

1、靜電放電(Electrostatic Discharge,ESD)是集成電路可靠性的一項重要分支,隨著集成電路制造工藝的發(fā)展與電路復(fù)雜度的提升,ESD保護面臨重重問題與挑戰(zhàn)。單體器件是 ESD保護設(shè)計中的最小單元,單體器件的選擇與設(shè)計直接關(guān)系到整個芯片 ESD保護設(shè)計的成敗。本文研究對比了常用的 ESD保護單體器件,包括二極管、NPN晶體管、GGNMOS(Grounded Gate NMOS)和可控硅(SCR)等器件。二極管工作方式簡單

2、,無回滯特性,正向開啟電壓低,ESD保護能力強,反向開啟電壓高,ESD保護能力弱。GGNMOS主要通過其內(nèi)部寄生的NPN晶體管來泄放ESD電流,因此我們也研究了NPN晶體管的工作方式。GGNMOS開啟電壓適中,ESD保護能力也適中,一般要以多指的版圖方式實現(xiàn),缺點是多指的不均勻開啟問題。SCR是本文的重點研究器件,普通SCR具有深回滯特點,開啟電壓高,保持電壓低,ESD保護能力強,但是易造成誤觸發(fā)閂鎖。
　　針對普通ESD保護器件

3、沒有雙向ESD保護能力的問題,本文提出了ESD單體器件組合的解決辦法,其中包括二極管的組合方案以及SCR的組合方案。除此之外本文還設(shè)計了高保持電壓、相對低開啟電壓的新型雙向SCR器件,分析新型雙向 SCR器件相關(guān)尺寸參數(shù)對其 ESD保護性能的影響。此器件具有對稱的雙向ESD保護能力,保持電壓可高達20V以上,而開啟電壓只有23V左右,具有淺回滯特性,適合作為高壓集成電路的ESD保護單元。為了更進一步提高SCR的保持電壓以適合更高工作電壓

4、電路的ESD保護應(yīng)用,文中提出了新型雙向SCR器件的串聯(lián)結(jié)構(gòu),可根據(jù)需要調(diào)節(jié)串聯(lián)SCR單元的個數(shù),文中分析了3個新型雙向SCR串聯(lián)結(jié)構(gòu)的保持電壓達到了60V左右,開啟電壓在69V左右。
　　SCR開啟電壓過高的問題一直是 SCR在ESD保護應(yīng)用中的一大困擾,降低SCR開啟電壓的方法主要分為內(nèi)部觸發(fā)方法與外部觸發(fā)方法。采用內(nèi)部觸發(fā)方法的器件結(jié)構(gòu)有 MLSCR、LVTSCR等,外部觸發(fā)的結(jié)構(gòu)可以是二極管觸發(fā)或者GGNMOS觸發(fā)。本文針