本文選題：全芯片ESD保護　切入點：ESD器件　出處：《電子科技大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：作為芯片可靠性的重要課題之一,靜電放電(ESD)得到了越來越多芯片設計人員和用戶的重視。特別是在半導體工藝進入亞微米尺寸后,柵氧減薄,結(jié)深變淺。這些因素都導致芯片在ESD的沖擊下更加脆弱。對芯片ESD防護的迫切需求催生了大量ESD測試方法和防護方法,ESDA的成立也為ESD性能評估提供了詳細標準。本文立足于全芯片的角度,從測試方法開始,詳細闡述了現(xiàn)有ESD模型,并通過仿真和數(shù)學分析的方式證明了這些測試方法的合理性。本文還介紹了常用了的ESD器件:二極管、MOSFET和SCR。從它們的特性出發(fā),簡單介紹了各自的應用場合。二極管正向能夠提供足夠的導通電流能力,而方向有著更小的漏電。MOSFET四端組合能夠?qū)崿F(xiàn)不同的ESD應用,同時MOSFET的表面導通模式和雙極模式有著不同的ESD保護能力。SCR有著最強的電流導通能力,但其觸發(fā)電壓過高、維持電壓過低限制了其應用范圍。本文從它們各自的工作原理觸發(fā),介紹了一些優(yōu)化方法,拓寬了他們各自的應用范圍。在以上器件的基礎上,可以實現(xiàn)一些基本的ESD保護電路。保護電路可由觸發(fā)電路和放電電路構(gòu)成。觸發(fā)電路根據(jù)觸發(fā)機理又可分為上升沿觸發(fā)和閾值觸發(fā)。他們各自有自己的應用范圍。同時放電電路可由上述ESD器件構(gòu)成。不同觸發(fā)電路和放電電路的組合,能夠?qū)崿F(xiàn)不同特性,克服了單個器件性能的不足,滿足了不同應用范圍的需求。文中利用電源鉗位這一特例,介紹了在具體案例下怎么選擇觸發(fā)電路和放電電路的組合。從全芯片來講,要滿足各個引腳之間都存在靜電放電通道,需要利用各種ESD保護電路以及放電總線構(gòu)建ESD防護網(wǎng)絡。在單電源域電路中可以使用電源軌作為放電總線。而多電源域的電路需要在每個電源域之間添加鉗位電路,使每個電源域間都存在放電通道。對于混合電壓接口無法使用電源軌作為放電總線,這時只能采用局部保護的方式。柵氧防護中為了避免電壓過沖效應會使用到兩級保護結(jié)構(gòu),為了減少兩級保護結(jié)構(gòu)的版圖面積,可以使用Pad下的器件設計方法。
[Abstract]:As an important subject of chip reliability, electrostatic discharge (ESD) has been paid more and more attention by chip designers and users. These factors make the chip more vulnerable to the impact of ESD. The urgent demand for chip ESD protection has led to the establishment of a large number of ESD testing methods and protection methods, which also provide a detailed standard for evaluating the performance of ESD. This paper is based on the whole chip. Starting from the test methods, the existing ESD models are described in detail, and the rationality of these test methods is proved by simulation and mathematical analysis. The commonly used ESD devices, diode MOSFETs and SCRs, are also introduced in this paper. This paper briefly introduces their respective applications. The diode forward can provide enough on-current capacity, while the direction has a smaller leakage. MOSFET four-terminal combination can realize different ESD applications. At the same time, the surface conduction mode and bipolar mode of MOSFET have different ESD protection ability. SCR has the strongest current conduction ability, but its trigger voltage is too high and the maintenance voltage is too low to limit its application range. Some optimization methods are introduced, and their respective applications are broadened. On the basis of the above devices, Some basic ESD protection circuits can be realized. The protection circuits can be composed of trigger circuit and discharge circuit. The trigger circuit can be divided into rise edge trigger and threshold trigger according to the trigger mechanism. Each of them has their own application scope. The same discharge circuit may be composed of the above mentioned ESD devices. The combination of different trigger circuits and discharge circuits, Can achieve different characteristics, overcome the shortcomings of the performance of a single device, and meet the needs of different applications. In this paper, the special case of power clamping is used. This paper introduces how to select the combination of trigger circuit and discharge circuit in a specific case. It is necessary to use various ESD protection circuits and discharge bus to construct the ESD protection network. In the single power domain circuit, the power supply rail can be used as the discharge bus. The discharge channel exists between each power supply field. For the hybrid voltage interface, the power rail can not be used as the discharge bus, then only partial protection can be adopted. In order to avoid the voltage overshoot effect, the two-stage protection structure is used in the gate oxygen protection. In order to reduce the layout area of two-stage protection structure, the device design method based on Pad can be used.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN432

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本文編號：1589045