【摘 要】
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积累静电的物体与其他物体接触时会产生静电放电（Electrostatic Discharge,ESD）现象。随着集成电路制造工艺的提升,器件栅氧化层的厚度逐渐减小,导致其击穿电压显著下降,芯片更易被静电损坏,传统ESD保护器件失效电流较小,寄生电容较大,在先进工艺下的集成电路中难以直接应用。为了实现先进低压集成电路的静电防护,本文在常用ESD器件的基础上,提出了四类新型的低压触发型ESD防护器件,
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积累静电的物体与其他物体接触时会产生静电放电（Electrostatic Discharge,ESD）现象。随着集成电路制造工艺的提升,器件栅氧化层的厚度逐渐减小,导致其击穿电压显著下降,芯片更易被静电损坏,传统ESD保护器件失效电流较小,寄生电容较大,在先进工艺下的集成电路中难以直接应用。为了实现先进低压集成电路的静电防护,本文在常用ESD器件的基础上,提出了四类新型的低压触发型ESD防护器件,可针对于低工作电压的核心工作电路进行ESD防护:（1）对于常用的LVTSCR（Low Voltage Triggering SCR）器件,本文介绍了其工作原理,在此基础上,提出了两级防护SCR器件（Two-Stage-Protection SCR,TSPSCR）,通过引入外接电阻开启器件中的MOSFET,作为一级防护路径,并以寄生PNP晶体管中的电流触发SCR器件,作为二级防护路径,用以泄放ESD电流。Sentaurus TCAD仿真表明,TSPSCR的触发电压可以由10.89V降低至4.12V,下降61.10%,且可以通过改变电阻的阻值来进一步调整其窗口。（2）为了实现较小的漏电流,避免额外栅极的引入,本文进一步提出一种叉指状触发 SCR 器件（Interdigital Trigger SCR,ITSCR）,ITSCR 通过叉指状有源区相连的结构,增大器件的反偏电流,加速开启SCR泄流路径,同时,由于其内部的寄生晶体管,器件的维持电压有所提升。仿真表明,ITSCR器件的触发电压由14.87V降低为5.03V,维持电压由1.32V提升至2.03V。（3）ESD防护系统中,双向器件可以减少布局面积、收窄窗口,本文对双向器件进行改进优化,提出单阱低触发二极管（Single-Well Low Voltage Triggering Diode,SWLVTD）器件,该器件利用P-ESD进行隔离,实现在单个N阱中的双向ESD防护,减小了隔离环及DRC规则导致的布局面积浪费,触发电压与串联二极管一致,约1.42V,能够实现低工作电压核心电路的ESD防护。（4）在SWLVTD的基础上,为了实现器件漏电流的减小,本文使用SCR路径代替二极管路径泄流,提出一类双向低触发电压SCR器件（Bidirectional Low Voltage Triggering SCR,BLVTSCR）,同样在单个N阱中实现ESD双向防护,利用较高的反偏电流开启SCR路径泄流,触发电压约4.92V,且能通过调节关键尺寸实现改变器件的ESD窗口。
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