电子静态放电cmos

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1、第一章簡介(Introduction)在互補式金氧半(CMOS)積體電路中，隨著量產製程的演進，元件的尺寸已縮減到深次微米(deep-submicron)階段，以增進積體電路(IC)的性能及運算速度，以及降低每顆晶片的製造成本。但隨著元件尺寸的縮減，卻出現一些可靠度的問題。在次微米技術中，為了克服所謂熱載子(Hot-Carrier)問題而發展出LDD(Lightly-DopedDrain)製程與結構;為了降低CMOS元件汲極(drain)與源極(source)的寄生電阻(sheetresistance)Rs與Rd，而發展出Silicide製程

2、;為了降低CMOS元件閘級的寄生電阻Rg，而發展出Polycide製程;在更進步的製程中把Silicide與Polycide一起製造，而發展出所謂Salicide製程。在1.0微米(含)以下的先進製程都使用上述幾種重要的製程技術，以提昇積體電路的運算速度及可靠度。CMOS製程技術的演進如表1-1所示，其元件結構示意圖如圖1-1所示。表1-1CMOS製程技術的演進FeatureSize(mm)3210.80.50.350.25JunctionDepth(mm)0.80.50.350.30.250.20.15Gate-OxideThickness

3、(A)5004002001501007050LDDNoNoYesYesYesYesYesSalicide(Silicide)NoNoNoNoYesYesYes圖1-1 　　但是，CMOS元件因為上述先進的製程技術以及縮得更小的元件尺寸，使得次微米CMOS積體電路對靜電放電(ElectrostaticDischargeESD)的防護能力下降很多。但外界環境中所產生的靜電並未減少，故CMOS積體電路因ESD而損傷的情形更形嚴重。舉例來說，當一常用的輸出緩衝級(outputbuffer)元件的通道寬度(channelwidth)固定在300微米(m

4、m)，用2微米傳統技術製造的NMOS元件可耐壓超過3千伏特(人體放電模式)；用1微米製程加上LDD技術來製造的元件，其ESD耐壓度不到2千伏特；用1微米製程加上LDD及Silicide技術來製造的元件，其ESD耐壓度僅約1千伏特左右而已。由此可知，就算元件的尺寸大小不變，因製程的先進，元件的ESD防護能力亦大幅地滑落；就算把元件的尺寸加大，其ESD耐壓度不見得成正比地被提昇，元件尺寸增大相對地所佔的佈局面積也被增大，整個晶片大小也會被增大，其對靜電放電的承受能力卻反而嚴重地下降，許多深次微米CMOS積體電路產品都面臨了這個棘手的問題。但是，C

5、MOS積體電路對靜電放電防護能力的規格確沒有變化，積體電路產品的ESD規格如表1-2所示。表1-2積體電路產品的ESD規格 人體放電模式(Human-BodyModel)機器放電模式(MachineModel)元件充電模式(Charged-DeviceModel)Okey2000V200V1000VSafe4000V400V1500VSuper10000V1000V2000V因此，在這個裡，我們將教導您有關積體電路的ESD知識，並介紹積體電路的ESD規格標準以及積體電路產品的ESD測試方法；再來，我們將教導您有關積體電路的各種ESD防護設計，

6、其相關技術含括製程(Process)、元件(Device)、電路(Circuits)、系統(Systems)、以及測量(Measurement)。這些相關技術的介紹及設計實例的說明，必能協助您解決積體電路產品所遭遇到的ESD問題。  第二章靜電放電的模式以及工業測試標準　　因ESD產生的原因及其對積體電路放電的方式不同，ESD目前被分類為下列四類:(1)人體放電模式(Human-BodyModel,HBM)(2)機器放電模式(MachineModel,MM)(3)元件充電模式(Charged-DeviceModel,CDM)(4)電場感應模式

7、(Field-InducedModel,FIM)本章節即對此四類靜電放電現象詳加說明，並比較各類放電現象的電流大小2.1人體放電模式(Human-BodyModel,HBM):　　人體放電模式(HBM)的ESD是指因人體在地上走動磨擦或其他因素在人體上已累積了靜電，當此人去碰觸到IC時，人體上的靜電便會經由IC的腳(pin)而進入IC內，再經由IC放電到地去，如圖2.1-1(a)所示。此放電的過程會在短到幾百毫微秒(ns)的時間內產生數安培的瞬間放電電流，此電流會把IC內的元件給燒毀。不同HBM靜電電壓相對產生的瞬間放電電流與時間的關係顯示於

8、圖2.1-1(b)。對一般商用IC的2-KVESD放電電壓而言，其瞬間放電電流的尖峰值大約是1.33安培。圖2.1-1(a)HBM的ESD發生情形圖2.1-1(b)