【摘 要】
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SiGe BiCMOS工艺将传统CMOS工艺低成本、高集成度的优势与SiGe工艺出色的射频(RF)性能相结合,已广泛应用于毫米波和亚毫米波市场。该工艺下集成电路的可靠性问题也越来越被重视。其中,静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)事件是影响芯片可靠性的重要因素之一。如何提高该工艺下集成电路的ESD防护性能已经成为了该领域的研究重点。本论文主要基于TCAD仿真对SiGe
【基金项目】
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陕西省重点研发计划(编号:2019GV-060); 西安市科技计划(编号:GXYD14.20);
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SiGe BiCMOS工艺将传统CMOS工艺低成本、高集成度的优势与SiGe工艺出色的射频(RF)性能相结合,已广泛应用于毫米波和亚毫米波市场。该工艺下集成电路的可靠性问题也越来越被重视。其中,静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)事件是影响芯片可靠性的重要因素之一。如何提高该工艺下集成电路的ESD防护性能已经成为了该领域的研究重点。本论文主要基于TCAD仿真对SiGe BiCMOS工艺下的ESD防护器件进行研究,主要内容如下:首先,对SiGe BiCMOS工艺下的三种静电防护器件:SCR;OHTSCR(内嵌式HBT触发SCR);NHTSCR(改进型OHTSCR)的电流输运机制和ESD防护性能进行对比分析。结果表明,SCR触发电压高,易产生闩锁效应。OHTSCR能够有效降低SCR的触发电压,但会减小维持电压,导致器件在静电事件结束后不能快速关闭,影响被保护电路的性能。NHTSCR优化了维持电压,但会增大触发电压,也牺牲了器件的面积。其次,提出了两种新型SiGe P+区ESD防护器件,对器件内部的电流输运机制进行研究。新结构N阱P+区中Ge组分的引入,降低了寄生PNP晶体管的电流增益,削弱了NPN和PNP寄生晶体管的正反馈效应,增强器件的抗闩锁能力。结果表明,新型SCR在Ge均匀分布且Ge含量为30%时,将维持电压从2.06V增大到10.32V,提高了四倍左右;新型OHTSCR在Ge均匀分布且Ge含量为15%时,将维持电压从1.55V增大到4.7V,提高了两倍左右。最后,提出了一种新型凹槽结构OHTSCR,通过在HBT集电区浅沟槽隔离中引入凹槽结构,改善了 HBT内部的电场分布,提高电流泄放能力,使正反馈效应提前发生,降低了器件的触发电压。同时维持电压基本保持不变,也不会增大器件的面积。结果表明,与常规结构器件相比,新型凹槽结构OHTSCR将触发电压从8.88V减小到5.08V,降低了 43%左右,ESD设计窗口减小为常规器件的48%左右。
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