基于FinFET技术的ESD防护单元研究

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随着集成电路的快速发展,器件的特征尺寸不断缩小,当工艺尺寸缩小到28nm以下时,鳍式场效晶体管(Fin FET)依靠其较强的沟道控制能力和较小的泄漏电流,逐渐取代传统的平面MOS器件,成为主流技术。然而,由于Fin FET器件具有较薄的硅体积和特殊的鳍(Fin)状结构,导致在静电放电(ESD)来临时器件的鲁棒性较低。此外,随着尺寸的缩小,器件的栅长、氧化层厚度等参数都会下降,这使得器件的栅氧击穿电压等参数也随之下降,ESD设计窗口变窄,进一步增加了ESD设计的难度。为满足小尺寸器件的ESD防护需求,本文基于Fin FET工艺提出了以下两种ESD防护器件:(1)一种基于Fin FET工艺的PNP ESD防护器件,该结构采用浅沟槽隔离技术将阳极端与阴极端隔开,这改变了器件泄放时的电流路径,迫使电流从窄Fin进入体硅中,更多的利用体硅进行泄放,在一定程度上降低了窄Fin中的电流聚集效应,提高了器件的鲁棒性。此外浅沟槽隔离的使用,增加了器件的泄放路径和导通电阻,再加上器件的多子空穴具有较低的迁移率,这使得器件的触发电压较大。综上所述,该器件在触发电压、失效电流以及ESD防护窗口等方面还有较大的优化空间。(2)一种寄生SCR的新型双Fin ESD防护单元,该防护单元在Y轴方向上寄生了SCR结构,利用SCR开启后的正反馈效应提高器件的泄放能力。此外Y轴方向上的寄生效应有利于增强电流的纵向移动,这能缓解窄Fin中的电流聚集效应,抑制器件局部热点的形成。纵向的双Fin布局,能够减小了器件的基区宽度,避免了Fin FET工艺中由于弱电导调制导致的寄生SCR无法正常工作的现象,因而新的防护单元获得了较高的鲁棒性。
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