【摘 要】
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随着汽车电子、LED/LCD驱动器和电源管理芯片等高压集成电路的快速发展,强静电干扰已成为影响芯片内部电路稳定工作的关键原因之一,因此设计适用于高压的静电放电（Electrostatic Discharge,ESD）防护器件成为了研究热点。本文的研究重点是高压工作环境下的片上ESD防护器件。传统的双向可控硅（Dual-Directional SCR,DDSCR）以及横向双扩散金属氧化物半导体（La
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随着汽车电子、LED/LCD驱动器和电源管理芯片等高压集成电路的快速发展,强静电干扰已成为影响芯片内部电路稳定工作的关键原因之一,因此设计适用于高压的静电放电（Electrostatic Discharge,ESD）防护器件成为了研究热点。本文的研究重点是高压工作环境下的片上ESD防护器件。传统的双向可控硅（Dual-Directional SCR,DDSCR）以及横向双扩散金属氧化物半导体（Laterally-Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS）由于自身存在电导调制效应等诸多原因,它们均呈现出低维持电压的特性。本文针对传统防护器件的ESD设计窗口过宽的问题,取得的创新成果如下:（1）基于单向高压防护的LDMOS-SCR结构,针对该器件维持电压过低的问题,本文设计了一种引入分流路径的SP-LDMOS-SCR器件。通过减少流经SCR路径电流占比,以此抑制电导调制效应。仿真结果表明,新型器件触发电压为27.8V,维持电压为13.8V,相对比传统器件触发电压降低了 8.2V,维持电压增大了 10.6V。（2）基于双向高压防护的DDSCR结构,针对该器件ESD设计窗口过宽的问题,本文设计了两种器件来优化ESD设计窗口。BD-DDSCR器件通过在传统DDSCR中寄生反偏二极管,抑制了 SCR路径的电导调制效应以及电流;GD-DDSCR器件通过引入额外的栅结构以及在阱中形成反偏二极管,在器件的表面形成另外一条泄放通路以及延长SCR泄放路径来减弱电导调制效应。两种器件相较于DDSCR器件±2.4V的维持电压分别提升到±10.1V和±14.3V。（3）基于双向高压防护的LDMOS-DDSCR结构,针对该器件高触发以及低维持的问题,本文提出两种优化方案。方案一通过引入电子复合区复合掉阱内电子和空穴,降低阱内载流子浓度,抑制了晶体管的增益;方案二通过形成新的分流路径降低阱内电子-空穴的复合率来削减器件正反馈效应。仿真表明,对比传统器件±66.8V的触发电压,±8.9V的维持电压,方案一的触发电压以及维持电压分别为±49.0V和±17.2V,方案二的触发电压以及维持电压分别为±33.9V 和±19.3V。
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