【摘 要】
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静电放电（Electrostatic Discharge,ESD）是影响集成电路可靠性的重要因素,随着集成电路制造工艺的发展,ESD保护面临重重问题与挑战。本文主要研究嵌套技术在对称双向可控硅（Dual-Direction Silicon-Controlled Rectifier,DDSCR）、非对称双向可控硅（Asymmetric Silicon-Controlled Rectifier,ADD
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静电放电（Electrostatic Discharge,ESD）是影响集成电路可靠性的重要因素,随着集成电路制造工艺的发展,ESD保护面临重重问题与挑战。本文主要研究嵌套技术在对称双向可控硅（Dual-Direction Silicon-Controlled Rectifier,DDSCR）、非对称双向可控硅（Asymmetric Silicon-Controlled Rectifier,ADDSCR）和单向可控硅（Silicon-Controlled Rectifier,SCR）静电防护器件上的应用,旨在设计出面积小、成本低、失效电流高、单位泄放电流能力强的ESD器件。通过TCAD（Technology Computer Aided Design,TCAD）仿真工具模拟ESD器件内部的工作过程,并在不同的工艺下进行流片制造,利用传输线脉冲（Transmission Line Pulse,TLP）测试系统对器件进行测试。具体研究内容如下:（1）基于0.5μm CDMOS工艺下,在传统对称DDSCR器件基础上讨论三种对称嵌套型EMDDSCR器件的工作过程。嵌套器件等效于在器件阴阳极并联一条新的SCR路径。通过TLP测试发现对称嵌套型器件的失效电流可以成倍增长,但是将相似的结构移植到两种不同的0.18μm BCD工艺后,失效电流却不能成倍增加。（2）基于带有N型埋层（N-buried Layer,NBL）的0.18μm BCD工艺,提出一种40 V应用的非对称嵌套型EMADDSCR器件。嵌套后的器件可以将正反向失效电流分别从3.65 A和3.29 A提升到7.26 A和7.90 A,并且只增加较小的面积,使器件获得较高的单位面积泄放电流能力。在40 V应用的非对称嵌套型EMADDSCR器件基础上进一步研究70 V应用的高压HVEMADDSCR器件,分别从尺寸变化、指数渐变、不同层次和分段方式等多个方面进行研究,优化了器件的性能。（3）基于带有NBL的0.18μm BCD工艺,在70 V应用的单向SCR器件的基础上提出了三类单向嵌套型EMSCR结构。通过仿真对比其电流密度分布和热点分布,阴阳极嵌套型结构电流更倾向于借助埋层泄放,并且热点分布较广,热量峰值最低,因此具有较强的过流能力。同时,阴极嵌套型结构和阴阳极嵌套型结构的维持电压会随嵌套数的增加而减小,失效电流也进一步增加,与仿真结果一致。而阴极嵌套型结构的维持电压会随嵌套数的增加而增加,但失效电流成倍减小。最后,将单向嵌套型EMSCR＿AC器件串联成双向嵌套型DDEMSCR＿AC器件,可用于ESD防护网络的VDD和I/O端口之间,为双向静电防护器件的选择提供了新的方案。
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