102工艺线1.0um工艺技术ESD能力评估研究

摘要

集成电路端口保护结构的设计是整个电路设计的一个重要部分。对于目前成熟的0.8～1.5um工艺来说，端口保护电路结构已相当成熟，如PN结结构，叉指GGNMOS(栅接地NMOS管)和叉指PMOS管组合结构，GGNMOS管、电阻和金属场管的组合结构(下面简称AF结构)等常规保护结构。但是，对这些保护结构，102工艺线1.0um工艺技术生产的一些产品的抗静电能力受到客户投诉。 经过分析认为，许多失效问题和下拉GGNMOS管保护能力有关，而下拉GGNMOS管失效则和漏衬底PN结烧毁相关，GGNMOS保护管栅氧失效是次要的。 本论文基于上面最常规ESD保护结构，采用纯端口ESDCHIP芯片和实际电路，通过对版图和工艺拉偏和优化，然后进行工艺流片和ESD实验，研究版图和工艺条件对ESD能力的影响，得到以下结论： 从纯端口ESDCHIP看，102工艺线产品抗静电能力总体情况是：圆片中心芯片优于边缘芯片的抗静电能力；所有结构在正向导通释放静电时，抗静电能力除PN结结构能达到3000V以上外，其他结构都能达到5000V以上(未继续向上实验)。但是，在反向击穿释放静电时，对于四叉指、两叉指、单指GGNMOS管结构或者AF结构等，抗静电能力只能达到2000V。因此102工艺线保护结构失效都是在反向击穿释放静电时发生的。 从实际电路抗静电能力看，四叉指GGNMOS管结构，AF结构的抗静电能力都能达到4000V以上。 从实验结果看，102工艺线的1.0um标准工艺产品的工艺能力可以获得较高的抗静电能力，ESD失效投诉主要和版图布局的设计有关，解决该问题要从ESD设计规则着手。 另外，根据实验结果，分析了GGNMOS管保护结构沟长和抗静电能力关系；分析了GGNMOS管保护结构抗静电能力优于PN结结构原因；分析了保护结构中的关键尺寸对保护结构抗静电能力的影响；分析了做ESD注入后，保护结构抗静电能力提升的机理等，提出了通过对保护结构IV曲线的分析来鉴别ESD失效部位的一种分析手段，最后对102工艺线ESD保护设计规则进行了优化。 版图结构方面，发现了一种新GGNMOS管保护结构。该结构漏接触布线金属覆盖到栅上，则其抗静电能力能够提高，对这种结构进行了介绍。 本次工艺优化没有能够提高端口的抗静电能力。工艺条件对ESD的影响还需要进一步进行研究。

目录

文摘

英文文摘

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声明

第一章绪论

1.1课题背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3研究目标和主要内容

1.4论文组织

第二章静电失效和评价体系

2.1集成电路静电放电和静电失效

2.2静电放电模型

2.3静电放电测试

第三章器件结构，保护结构和失效机理分析

3.1保护器件和保护结构的防护机理

3.2 ESD能量分析

3.3 ESD触发时回路电流分析

3.4 PN结和GGNMOS管静电放电模式比较

3.5集成电路静电失效机理

3.6提高器件抗静电能力的方法

3.7 102工艺线静电失效案例分析介绍

第四章 1.0um工艺介绍和实验设计

4.1 1.0um CMOS工艺和抗静电能力

4.2工艺实验设计

4.3 ESD结构设计

4.4 ESD实验设计

第五章 ESD实验结果及分析

5.1 ESD实验结果

5.2 ESD实验结果讨论

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的成果和发表的论文