高压功率集成电路防静电保护芯片的研究

摘要

随着汽车电子、LED驱动电路、平板液晶显示器、荧光灯电子镇流器、电机驱动等电路的广泛应用，高压功率集成电路的应用越来越广，需求量也越来越大。但是，不管是在封装制造或是运送测试和使用等过程中，高压功率集成电路不可避免会受到大量ESD事件的影响。ESD已成为制约高压功率集成电路发展的重要可靠性问题之一。近年来各国在低压IC、射频、微波IC以及在射频微波功率LDMOS的输入输出端ESD保护上发表了大量研究文章，几乎所有普通CMOS低压集成电路和低压功率集成电路的I/O端口都采用了各式各样的静电放电保护电路，但针对高压功率集成电路特别是高压输出端口的静电放电保护电路国内外尚处于起步阶段。
　　本论文通过分析研究提出了一种双向高维持电压大泄放电流的高压功率集成电路防静电保护器件结构。该结构集成了两只背靠背的高耐压量雪崩二极管，采用创新性的立体式耐压层技术，即复合型功率器件平面终端结技术和优化的元胞结构相结合，使器件的击穿点从表面移至体内比较平坦的平行结平面内；低掺杂N-外延层和单元内环绕主结的P+场限环分压结构，因电场叠加抵消作用使主结的电场分布均匀不集中，确保器件有高的耐压量和最小的串联电阻，并且器件在ESD脉冲下输出特性表现为无回扫的高维持电压特性；同时采用多单元结构提高器件的擎住泄放电流，从而承受住在相同芯片面积下比以往常用的低压瞬态抑制二极管（TVS）更高的泄放电流，大幅提高了高压功率集成电路的高压输出端ESD防静电保护的能力。所研发的双向高维持电压大泄放电流的高压功率集成电路防静电保护器件与技术成熟的低压端口ESD保护相结合，从而实现对工作于220V市电的高压功率集成电路全芯片引脚ESD保护，大幅提高了高压功率集成电路的可靠性。
　　本文使用Silvaco-TCAD软件对相应的器件结构和参数进行了仿真验证，最后完成专利“宽范围大电流高维持电压的双端ESD集成保护器件及其制备方法”的知识产权申请和硕士论文撰写。

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第一章 绪 论

1.1 高压功率集成电路简介

1.2 静电放电保护简介

1.3 集成电路ESD研究现状和面临挑战

1.4 本文的主要研究内容以及论文安排

1.5 本章小结

第二章 高压功率集成电路基本设计技术

2.1 基本功率器件和工艺介绍

2.2功率集成电路中的常用终端技术

2.3工艺和器件仿真技术简介

2.4 本章小结

第三章 集成电路中ESD的测试和常规设计

3.1 ESD常用测试模型

3.2 ESD常用测试组合

3.3 ESD保护电路的设计

3.4 ESD基本防护器件

3.5 ESD防护器件仿真实例

3.6 本章小结

第四章 高压功率集成电路中的ESD保护设计

4.1功率集成电路高压输出端的ESD保护设计

4.2 高压片内ESD保护器件

4.3 高维持电压双向ESD保护器件

4.4 高维持电压双向ESD保护器件的测试和应用

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果