硕士论文-亚微米、深亚微米cmos集成电路静电保护结构设计研究

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1、上海交通大学硕士学位论文亚微米、深亚微米CMOS集成电路静电保护结构设计研究姓名：李岷申请学位级别：硕士专业：IC设计指导教师：戴庆元2002.2.22j：海交通人学硕士论文亚微米、深亚微米CMOS集成电路静电保护结构设计研究摘要本论文首先概述了集成电路中静电释放的基本概念，引入了三种不同的静电释放模型，人体模型、机器模型和充电器件模型。然后在计算和分析模拟的基础上，对常用器件，如电阻、二极管、晶体管和晶闸管等在大电流高电压，也就是静电释放现象出现的情况下的特殊机制和工作机理进行了探索。接着，在这些分析的基础上，为了更方便、更精确地提供在SPICE中进行仿真模拟

2、的途径，建立了针对静电释放环境下的MOS管和晶闸管的SPICE模型。先计算给出了MOS管的方程组，根据这些方程，将新的模型添加到SPICE的器件模型库中。对于晶闸管模型，是建立在原有晶体管模型的基础上，利用予电路的概念添加新的模型。由于器件尺寸进入了亚微米深亚微米尺度，原有的一些成熟的静电保护结构已经无法满足需要。失效的原因有尺寸太大，启动参数不符等。因此，在本论文最后一章，利用先前曾加以分析建模的MOS管，分别针对输入端口、输出端口和VDD—VSS之间设计了不同的保护结构，以实现集成电路器件内部的全电路静电保护。对这些新设计的保护结构，分析了它们的工作过程，并

3、在SPICE中进行模拟，给出模拟验证结果。关键词：静电保护，ESD，SPICE巍黟海交通人学硕上论文ResearchonCMOSIntegratedCircuitElectro-StaticDischargeProtectionunderMicronandSub-micronCMOSTechnologyAbstractThispaperfirstlydescribesthefundamentalconceptsforESD(Electro—Static-Charging)andintroducesthreedifferentESDmodels，thatishum

4、anbodymodel、machinemodelandchargeddevicemodel，thenpresentsthespecialworkingmechanismsofcommondevicessuchasresistor、diode、transistorandSCR(SiliconControlledRectifier)underESDcondition．ToimprovetheconvenienceandtheprecisionofsimulationinSPICE，IcreatedMOStransistormodelandSCRmodelESDcon

5、dition．SeriesofequationsofMOStransistoralegaveoutbasedonwhichnewmodelareaddedtoSPICEdevicelibrary．ForSCR，itisbasedonoriginalbipolarmodel．Usingsub—circuitconcept，SCRmodelarecreated．ForthereasonthatCMOStechnologycameintomicronandsub—micronworld，somematureprotectionstructuresareoutofdat

6、e，whichduetotoolargedimensionorimpropertriggeringparameters．Hence，inthelastchapterofthispaper，severalESDprotectionstructuresforoutput，inputandVDD-VSSaredesignedtOimplementon—chipprotectionforCMOSIC．ThesenewprotectionstructuresaresimulatedinSPICEusingthemodelscreatedinthispaper．Simula

7、tionresultsaregaveouttOvalidatethefunctionalityofthesestructl,iresKeyWord：Electro—StaticDischarge，SPICE，ModelingJ‘海交通大学硕J论文1．1概述第一章静电保护概述在半导体1．业中，在、#导体1。业中，随着器件的尺寸越来越小，复杂程度越来越高，静电放电(ESD，Electro—StaticDischarge)对集成电路的潜在威胁性也越来越明显。放电所导致的高电压会在尺寸极小的器件内部产生高电场和高强度的电流，这种电场和电流可以击穿绝缘层，并产生大量的热量

8、，引起集成电路的损坏。比