亚微米、深亚微米cmos集成电路静电保护结构设计研究.pdf

海交通大学硕L论史 其中口。、口。分别为电子空穴电离系数。 雪崩击穿有一个重要戮雪崩系弛户篇。 防，， 般来说，口。≈口。，因此，M (2—8) 1一f醐晓‘ 小 2,2．3 P—i．N二极管 在现在的IC制造1．艺中，二极管通常是这样构成的，两块高掺杂的P区和N区被 一块低掺杂的区域隔开，这块低掺杂区域可以是P衬底上的P区域或者是N阱IlO]。以 如图2-3的Jp+一Ⅳ一Ⅳ+_二极管为例。当P+ 扩散区的电压升高，主要由电子构成的电流 按照方程变化。N区中的电场强度逐渐增 P+ H 胃+ 强，直到载流子速率达到饱和。此时，电场 也使空穴穿过N区到达Ⅳ一Ⅳ+结，降低了 _一L～ 睡2-3 该结处的空间电荷，从而使得更多的电子可 以注入N区。这样，只需要较低的电压就可以维持相同的电流。这样的负阻特性使得 p-i．N二极管在人电流时的导通电阻小于小电流时，也就是说对于ESD保护来说，具有 较好的特性。 2．3 晶体管 在现在的MOS管和舣极型晶体管工艺中，保护器件很多都根据敬极型晶体管的】． 作模式来设计，因此，了解晶体管的工作特性，对设计高效ESD保护结构来说至关重 要。对于正常r作状态下的晶体管特性，可以从众多文献中找到，这里不再赘述。r 面主要对人电流、人注入状态F的晶体管特性作一些探讨和研究。 对于晶体管的性能来说，有四个重要的参数，共基极放大系数a，共发射极放人系 数∥，基极传输系数口7和发射效率y…。在大电流注入r，∥会旱现如图2_4所示的 特性，也就是电流增人到一定程度时，∥会F降。这 是由．『二随着集电结电流增人，注入到基区的少子密度#。 增人到可与基区多子密度相比拟。这样，注入的载流 子提高了基区掺杂，井使得发射效率y与放．夫系数∥ 降低。另外，在人电流情况F，基区的多子电流导致 了在发射区宽度上电压的r降，这使发射区不同区域 的压降有很人不同。所以，发射区有效区域变小，也 图2—4 上海交通大学硕士论文 引起了放人系数口的减小。 基极传输系数叩·一筹。冈此，对于基区宽姚删、的器件，叩·。 另外一个较重要的参数是基区渡越时间f。。它决定了从发射结注入的电子到达集 电结使晶体管开启的时间。在人电流时 发射区与集电区之间的高电场增人了流向集 电结的少子电流，此时有 渺2 (2-9) f82—4D7． 其中见为有效少子扩散系数，W为基区宽度。若基区宽度为1Itm，则f。约为 250ps，完全能满足ESD保护的需要。 在静电放电时，可以通过以F两种方式为晶体管开启提供偏压…。 其一是，晶体管的基极可直接或者是通过一个电阻与发射极相 连，如图2-5。这种方式通过器件内部雪崩击穿产生的载流子提供自 偏压。一开始，集电结的高阻抗使得圪。只能产生很小的正向集电极 电流，。。随着电压增大，集电结发生雪崩击穿，注入基区的空穴电 垂2-5 流构成的基极电流通过基极电阻RB和外加电阻R。，为晶体管开启 提供了偏压。 ％。=』月‘(RB+Rex,)V (2-10) 一口-晶体管开