基于BCD工藝的ESD器件性能研究與優(yōu)化.pdf

1、隨著集成電路的發(fā)展，高壓功率集成電路在汽車電子、顯示驅(qū)動等方面顯示出巨大應(yīng)用前景。而靜電放電（Electrostatic Discharge，ESD）對高壓集成電路存在巨大的潛在威脅。在BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）工藝下，由于器件面臨著更高的工作電壓、更加惡劣的工作環(huán)境等問題，使得高壓集成電路的靜電防護設(shè)計面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。同時，由于工藝對ESD防護設(shè)計有著巨大的影響，所以必須單獨為不同的工藝設(shè)計ESD防護器件，這也

2、增大了ESD防護設(shè)計的難度和工作量。
　　本文基于0.18μm BCD工藝，研究了相關(guān)高壓器件的ESD特性。本文首先對ESD的基本理論進行了介紹，包括 ESD防護基本理論、ESD測試模型以及 ESD設(shè)計窗口。在此基礎(chǔ)上，引入二極管、BJT、LDMOS(Lateral Diffused MOS)以及SCR(Silicon Controlled Rectifier)等常規(guī)的ESD防護器件，并分別介紹了這些器件在ESD事件下的工作原理。

3、并通過對常規(guī)LDMOS及SCR防護器件的分析，闡述這兩類ESD防護器件存在的問題。
　　由于LDMOS器件存在電流不均勻?qū)?，?dǎo)致LDMOS器件的ESD防護能力低下。為了優(yōu)化和改進 LDMOS器件的特性，本文在 BCD工藝下設(shè)計了相關(guān)的LDMOS器件并進行了測試。TLP測試結(jié)果表明，改變LDMOS器件的溝道長度對其ESD性能基本沒有影響。同時，硅化物工藝下拉大漏到柵的距離也很難形成有效的鎮(zhèn)流效應(yīng)。通過嵌入SCR到LDMOS器件中是

4、一種提高LDMOS器件ESD防護能力的有效手段。其中分割型SCR-LDMOS器件的ESD失效電流和P+/N+的比率成正相關(guān)。
　　由于SCR存在大回滯現(xiàn)象，所以必須提高SCR類型器件的維持電壓以及降低其觸發(fā)電壓。對于單向SCR大回滯類型器件，研究了MLSCR結(jié)構(gòu)和雙觸發(fā)類型SCR結(jié)構(gòu)來降低觸發(fā)電壓，TLP測試結(jié)果表明該兩種方案均能降低SCR的觸發(fā)電壓。然后引入了提高維持電壓的結(jié)構(gòu)如分割型SCR結(jié)構(gòu)、高維持電壓的HHV-SCR結(jié)構(gòu)。