集成电路ESD保护及其可靠性检测研究

摘要

本文在静电释放（ESD）问题成为电子产品或芯片越来越严重的可靠性问题之一的背景下，对集成电路的ESD测试、ESD保护器件分析与设计以及ESD模块潜在损伤检测三个方面展开研究，这三方面工作前后联系紧密。本研究分为三个部分：
　　第一部分：为了对ESD保护器件进行仿真测试分析，在已有条件下提出了静电释放ESD器件的连续多脉冲瞬态仿真方法，这种方法具有仿真精度高，科学，通用性强等优点。其方法步骤主要是：在仿真工具中建立ESD器件结构模型，优化器件网格；在器件的阳极和阴极两端加上一系列模拟TLP测试原理的脉冲电流，进行逐一单脉冲瞬态仿真，获得器件的电压—时间曲线、电流—时间曲线和最高温度—时间曲线；处理多个脉冲的电压时间—曲线和电流—时间曲线，得到器件的回滞曲线，通过曲线得到器件的开启电压、维持电压，泄放电流；依据硅的熔点温度线，处理最高温度—时间曲线，得到二次击穿电流。
　　第二部分：主要从二极管、MOSFET和SCR器件三个方面完成了ESD器件的分析与设计。对于二极管主要通过仿真测试的方法总结了基本二极管、肖特基二极管、齐纳二极管等的工作特点以及应用时需要注意的问题；对MOSFET主要从其表面导通模式与三极管导通模式两个工作方式进行分析与设计总结，提出了GGNMOS叉指结构以及接触孔远离栅-漏接触边沿的版图优化方法；关于SCR主要分析其基本工作机理，提出了SCR类器件的分模块设计方法，并根据这种方法设计了新型的基区调制SCR（MLSCR）器件以及动态可调的PMOS触发SCR（DPTSCR）器件，仿真测试结果表明，新型MLSCR器件开启电压降到10V以下，而DPTSCR可进一步通过调整PMOS栅压将开启电压降低到5V以下，解决了SCR类器件开启电压高的问题。这种DPTSCR具有应用灵活，泄放效率高，鲁棒性强等优点。
　　第三部分：ESD模块的潜在损伤检测单元设计。这部分工作提出了基于敏感参数的潜在损伤检测方案，并完成了ESD模块可靠性检测静电测试单元的电路与物理版图设计及验证。整个测试单元的检测原理是通过检测保护模块由潜在损伤所引起不同的漏电流变化值来检测保护模块的潜在损伤程度，最后并用Cadence仿真软件验证了版图设计的正确性。所设计电路性能上允许0.15V的判断阈值噪声误差，判断结果稳定且准确，完成了项目所要求静电测试单元的功能。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 ESD设计的基本概念

1.3 ESD研究历史及现状

1.4本论文主要工作内容

1.5本论文的结构安排

第二章 ESD的基本保护理论

2.1 ESD的放电模式

2.2 ESD的失效类型和机理

2.3 ESD潜在性失效检测方法

2.4本章小结

第三章 ESD器件的TLP测试原理与连续多脉冲瞬态仿真测试方法

3.1 ESD器件的测试

3.2 TLP测试原理

3.3静电释放ESD器件的连续多脉冲瞬态仿真测试方法

3.4本章小结

第四章 ESD器件的分析与设计

4.1二极管的分析与设计

4.2 MOSFET的分析与设计

4.3基于硅控整流（SCR）保护器件的分析与设计

4.4本章小结

第五章 ESD模块可靠性检测静电测试单元设计

5.1 ESD模块可靠性检测静电测试单元的含义

5.2 ESD模块可靠性检测静电测试单元的设计方案

5.3 ESD模块可靠性检测静电测试单元的设计与仿真分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

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