基于0.35μm SiGe工艺的ESD保护器件研究

摘要

近年来，由于SiGe异质结工艺既能给出高频器件的解决方案又能和普通硅工艺有良好的兼容性，所以在无线领域得到了广泛的应用，同时该工艺下芯片的可靠性问题也逐步得到了重视。其中，静电放电（Electrostatic Discharge，ESD）现象是影响芯片可靠性的重要因素之一，在推进SiGe工艺下芯片可靠性研究的同时也需要全面深入的研究结果来推进SiGe工艺下芯片ESD保护研究工作。本文基于0.35um SiGe BiCMOS工艺，对SiGe工艺下的ESD防护器件进行了研究，主要内容如下： 本文首先涉及了ESD防护设计的基本概念，对人体模型（HBM）、机器模型（MM）、组件充电模型（CDM）三种重要的物理模型进行了介绍，同时还介绍了一种专门用于测试的模型，TLP模型，该模型用于对器件特性的深入研究。之后对ESD设计最关键的设计窗口的概念进行了介绍，通过设计窗口能够提取出ESD设计的设计指标，这些指标决定了具有哪些特性的器件能用。最后还对ESD的失效机理和判断方法进行了介绍。 在对ESD防护有基本介绍后，对本文所重点研究的SiGe工艺上的一些常规的器件及性能进行了介绍，涉及二极管、HBT、MOSFET、SCR四种基本器件。重点介绍了二极管在该工艺下的一些变化，对于HBT器件则另外给出了不同温度下的器件的特性变化，同时也涉及了DTSCR器件的性能。这些常规器件的特性对于后续的新器件设计有较大的指导价值。 最后本文介绍了SiGe工艺下的4种新器件，分别是用于降低SCR触发电压的外接式HBT触发SCR结构和内嵌式HBT触发SCR结构、可以降低面积的融入HBT结构的单向SCR和融入HBT结构的双向SCR。这些器件结构、实现方法和实验数据对于ESD设计提供了许多的新的参考。 测试结果表明，除了一些在文中有专门提及存在失效电流低的问题的器件，其余器件的防护能力都能达到4kV以上的保护能力，能够满足大多数ESD防护需求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状和发展态势

1.3 论文的主要内容

1.4 论文的结构安排

第二章 ESD防护理论基础

2.1 ESD防护基本概念

2.2 ESD物理模型和测试模型

2.2.1 人体模型HBM

2.2.2 机器模型MM

2.2.3 组件充电模型CDM

2.2.4 TLP测试模型

2.3 ESD设计窗口

2.4 ESD所致失效机理和失效判断

2.5 本章小结

第三章 SiGe工艺下常规ESD防护器件

3.1 SiGe工艺介绍

3.2二极管

3.2.1 SiGe工艺下的普通二极管结构及性能

3.2.2 SiGe工艺下的背靠背二极管结构及性能

3.2.3 HBT发射结二极管

3.3 HBT

3.3.1 常温下HBT的性能

3.3.2 高温下HBT的性能

3.3 MOSFET

3.4 SCR

3.4.1 DTSCR

3.4.2 SiGe工艺下的DTSCR器件

3.4.3 DTSCR的温度稳定性问题

3.5 本章小结

第四章 SiGe工艺下新型ESD防护器件

4.1 利用HBT辅助触发SCR

4.1.1 HBT辅助触发的实现结构

4.1.2 两种触发结构的仿真分析

4.1.3 触发结构的测试结果和特性比较

4.2 融合HBT结构的SCR

4.2.1 融合HBT结构的单向SCR

4.2.2 融合HBT结构的双向SCR

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果