教學課件 78天線效應(yīng)與ESD匯總

集成電路版圖設(shè)計主講李斌E_mail:bin_lichina@西南科技大學網(wǎng)絡(luò)教育系列課程

信息類專業(yè)課程集成電路版圖設(shè)計西南科技大學網(wǎng)絡(luò)教育系列課程信息類專第七章集成電路常用器件版圖一、天線效應(yīng)二、天線效應(yīng)的防治措施三、ESD（靜電擊穿）及防治措施四、電遷移現(xiàn)象內(nèi)容第七章集成電路常用器件版圖一、天線效應(yīng)內(nèi)容第七章集成電路常用器件版圖1、當大面積的金屬1直接與柵極相連，在金屬腐蝕過程中，會吸引大量的電荷（因為工藝中刻蝕金屬是在強場中進行的），這時如果該金屬直接與管子柵（相當于有柵電容）相連的話，可能會在柵極形成高電壓會影響柵極氧化層的質(zhì)量，降低電路的可靠性和壽命2、大面積的多晶硅也有可能出現(xiàn)天線效應(yīng)一、天線效應(yīng)第七章集成電路常用器件版圖1、當大面積的金屬1直接與柵極第七章集成電路常用器件版圖二、天線的防治措施1、減小連接柵的多晶和金屬1面積，令其在所接柵面積的100倍以下；2、采用第二層金屬過渡。第七章集成電路常用器件版圖二、天線的防治措施第七章集成電路常用器件版圖3.如果無法加跳線，則可以連接一個最小的N+/P-epi或P+/Nwell的二極管。第七章集成電路常用器件版圖3.如果無法加跳線，則可以連接第七章集成電路常用器件版圖三、靜電放電ESD保護ESD：ElectrostaticDischarge人體或其他機械運動所積累的靜電電壓遠遠超過MOS晶體管的柵擊穿電壓2kV第七章集成電路常用器件版圖三、靜電放電ESD保護2kV1、器件失效的原因分類1、器件失效的原因分類

1.人體放電模式(Human-BodayModel,HBM)

2.機器放電模式(MachineModel,MM)

3.組件充電模式(Charged-DeviceModel,CDM)

4.電場感應(yīng)模式(Field-InducedModel,FIM)2、ESD模式分類1.人體放電模式(Human-BodayModel,第七章集成電路常用器件版圖1.人體放電模式人體放電模式(HBM)的ESD是指因人體在地上走動磨擦或其它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(jīng)由IC的腳(pin)而進入IC內(nèi)，再經(jīng)由IC放電到地去。ESD模式分類第七章集成電路常用器件版圖1.人體放電模式ESD模式分2.機器放電模式

機器放電模式的ESD是指機器(例如機械手臂)本身累積了靜電，當此機器去碰觸到IC時，該靜電便經(jīng)由IC的pin放電。2.機器放電模式3.組件充電模式

組件充電模式(CDM)是指IC先因磨擦或其它因素而在IC內(nèi)部累積了靜電，但在靜電累積的過程中IC并未被損傷。此帶有靜電的IC在處理過程中，當其pin去碰觸到接地面時，IC內(nèi)部的靜電便會經(jīng)由pin自IC內(nèi)部流出來，而造成了放電的現(xiàn)象。3.組件充電模式4.電場感應(yīng)模式

電場感應(yīng)模式(FIM)的靜電放電發(fā)生是因電場感應(yīng)而起的。當IC因輸送帶或其它因素而經(jīng)過一電場時，其相對極性的電荷可能會自一些IC腳而排放掉，在IC通過電場之后，IC本身便累積了靜電荷，此靜電荷會以類似CDM的模式放電出來。4.電場感應(yīng)模式第七章集成電路常用器件版圖

抗靜電設(shè)計就是在電路的端口增設(shè)保護電路，使得靜電電荷形成的高壓在到達正常電路之前，通過保護電路將靜電電荷泄放掉，而保護電路自身也不被損壞。（1）保護電路不能影響正常電路的功能；（2）保護電路放電電阻盡可能??；（3）放電回路能承受高的瞬態(tài)功耗；（4）保護電路應(yīng)有抗閂鎖能力；（5）保護電路占用盡可能小的芯片面積。四、抗靜電設(shè)計第七章集成電路常用器件版圖抗靜電設(shè)計就是第七章集成電路常用器件版圖靜電放電ESD保護集成電路中接到MOS晶體管柵極的PIN更需ESD保護，一般為輸入PIN；而接到擴散區(qū)的PIN相對不易受ESD損壞，一般為輸出PINVDDVo第七章集成電路常用器件版圖靜電放電ESD保護VDDVo第七章集成電路常用器件版圖靜電放電ESD保護輸入PIN的ESD保護電路目標：保證連接到核心電路的I點電壓低于柵氧擊穿電壓D1，D2的面積要大，以吸收大部分的電流，構(gòu)成第一級保護Rs的典型值從幾百~幾千歐姆，一般為多晶導線電阻或擴散區(qū)電阻，寬度要大一些，以免被大電流燒壞。D3，D4與Rs一起構(gòu)成第二級保護，面積可以小一些。VDDD1D2D3D4RSESD保護電路第七章集成電路常用器件版圖靜電放電ESD保護VDDD1D第七章集成電路常用器件版圖電阻-二極管保護電路

1.基本原理R2為N+電阻，起延遲、緩沖作用，防止外來高電壓直接作用于MOS管的柵極。阻值一般在幾十左右。padVDDMPMNVSSR1R2Dn1Dp1第七章集成電路常用器件版圖電阻-二極管保護電路

1.MOS晶體管保護電路

1.基本原理利用保護管NMOS和PMOS的飽和導通或溝道穿通效應(yīng)以及漏極寄生二極管完成靜電泄放。保護管W/L要足夠大以便獲得小的導通電阻，并采用抗閂鎖的保護環(huán)結(jié)構(gòu)。R為N+電阻，起延遲、緩沖作用。padVDDMPMNVSSR第七章集成電路常用器件版圖MOS晶體管保護電路

1.基本原理利電阻-二極管保護電路

版圖示例第七章集成電路常用器件版圖電阻-二極管保護電路

版圖示例第七章集成電路常用器件第七章集成電路常用器件版圖MOS晶體管保護電路

版圖示例第七章集成電路常用器件版圖MOS晶體管保護電路

版圖所謂電遷移效應(yīng)是指當傳輸電流過大時，電子碰撞金屬原子，導致原子移位而使金屬斷線。在接觸孔周圍，電流比較集中，電遷移效應(yīng)更加容易發(fā)生。四、電遷移效應(yīng)所謂電遷移效應(yīng)是指當傳輸電流過大時，電子碰撞金屬原子實驗七：畫出ESD保護電路版圖實驗七：畫出ESD保護電路版圖教學課件78天線效應(yīng)與ESD匯總謝謝觀看！謝謝觀看！集成電路版圖設(shè)計主講李斌E_mail:bin_lichina@西南科技大學網(wǎng)絡(luò)教育系列課程

信息類專業(yè)課程集成電路版圖設(shè)計西南科技大學網(wǎng)絡(luò)教育系列課程信息類專第七章集成電路常用器件版圖一、天線效應(yīng)二、天線效應(yīng)的防治措施三、ESD（靜電擊穿）及防治措施四、電遷移現(xiàn)象內(nèi)容第七章集成電路常用器件版圖一、天線效應(yīng)內(nèi)容第七章集成電路常用器件版圖1、當大面積的金屬1直接與柵極相連，在金屬腐蝕過程中，會吸引大量的電荷（因為工藝中刻蝕金屬是在強場中進行的），這時如果該金屬直接與管子柵（相當于有柵電容）相連的話，可能會在柵極形成高電壓會影響柵極氧化層的質(zhì)量，降低電路的可靠性和壽命2、大面積的多晶硅也有可能出現(xiàn)天線效應(yīng)一、天線效應(yīng)第七章集成電路常用器件版圖1、當大面積的金屬1直接與柵極第七章集成電路常用器件版圖二、天線的防治措施1、減小連接柵的多晶和金屬1面積，令其在所接柵面積的100倍以下；2、采用第二層金屬過渡。第七章集成電路常用器件版圖二、天線的防治措施第七章集成電路常用器件版圖3.如果無法加跳線，則可以連接一個最小的N+/P-epi或P+/Nwell的二極管。第七章集成電路常用器件版圖3.如果無法加跳線，則可以連接第七章集成電路常用器件版圖三、靜電放電ESD保護ESD：ElectrostaticDischarge人體或其他機械運動所積累的靜電電壓遠遠超過MOS晶體管的柵擊穿電壓2kV第七章集成電路常用器件版圖三、靜電放電ESD保護2kV1、器件失效的原因分類1、器件失效的原因分類

1.人體放電模式(Human-BodayModel,HBM)

2.機器放電模式(MachineModel,MM)

3.組件充電模式(Charged-DeviceModel,CDM)

4.電場感應(yīng)模式(Field-InducedModel,FIM)2、ESD模式分類1.人體放電模式(Human-BodayModel,第七章集成電路常用器件版圖1.人體放電模式人體放電模式(HBM)的ESD是指因人體在地上走動磨擦或其它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(jīng)由IC的腳(pin)而進入IC內(nèi)，再經(jīng)由IC放電到地去。ESD模式分類第七章集成電路常用器件版圖1.人體放電模式ESD模式分2.機器放電模式

機器放電模式的ESD是指機器(例如機械手臂)本身累積了靜電，當此機器去碰觸到IC時，該靜電便經(jīng)由IC的pin放電。2.機器放電模式3.組件充電模式

組件充電模式(CDM)是指IC先因磨擦或其它因素而在IC內(nèi)部累積了靜電，但在靜電累積的過程中IC并未被損傷。此帶有靜電的IC在處理過程中，當其pin去碰觸到接地面時，IC內(nèi)部的靜電便會經(jīng)由pin自IC內(nèi)部流出來，而造成了放電的現(xiàn)象。3.組件充電模式4.電場感應(yīng)模式

電場感應(yīng)模式(FIM)的靜電放電發(fā)生是因電場感應(yīng)而起的。當IC因輸送帶或其它因素而經(jīng)過一電場時，其相對極性的電荷可能會自一些IC腳而排放掉，在IC通過電場之后，IC本身便累積了靜電荷，此靜電荷會以類似CDM的模式放電出來。4.電場感應(yīng)模式第七章集成電路常用器件版圖

抗靜電設(shè)計就是在電路的端口增設(shè)保護電路，使得靜電電荷形成的高壓在到達正常電路之前，通過保護電路將靜電電荷泄放掉，而保護電路自身也不被損壞。（1）保護電路不能影響正常電路的功能；（2）保護電路放電電阻盡可能??；（3）放電回路能承受高的瞬態(tài)功耗；（4）保護電路應(yīng)有抗閂鎖能力；（5）保護電路占用盡可能小的芯片面積。四、抗靜電設(shè)計第七章集成電路常用器件版圖抗靜電設(shè)計就是第七章集成電路常用器件版圖靜電放電ESD保護集成電路中接到MOS晶體管柵極的PIN更需ESD保護，一般為輸入PIN；而接到擴散區(qū)的PIN相對不易受ESD損壞，一般為輸出PINVDDVo第七章集成電路常用器件版圖靜電放電ESD保護VDDVo第七章集成電路常用器件版圖靜電放電ESD保護輸入PIN的ESD保護電路目標：保證連接到核心電路的I點電壓低于柵氧擊穿電壓D1，D2的面積要大，以吸收大部分的電流，構(gòu)成第一級保護Rs的典型值從幾百~幾千歐姆，一般為多晶導線電阻或擴散區(qū)電阻，寬度要大一些，以免被大電流燒壞。D3，D4與Rs一起構(gòu)成第二級保護，面積可以小一些。VDDD1D2D3D4RSESD保護電路第七章集成電路常用器件版圖靜電放電ESD保護VDDD1D第七章集成電路常用器件版圖電阻-二極管保護電路

1.基本原理R2為N+電阻，起延遲、緩沖作用，防止外來高電壓直接作用于MOS管的柵極。阻值一般在幾十左右。padVDDMPMNVSSR1R2Dn1Dp1第七章集成電路常用器件版圖電阻-二極管保護電路

1.MOS晶體管保護電路

1.基本原理利用保護管NMOS和PMOS的飽和導通或溝道穿通效應(yīng)以及漏極寄生二極管完成靜電泄放。保護管W/L要足夠大以便獲得小的導通電阻，并采用抗閂鎖的保護環(huán)結(jié)構(gòu)。R為N+電阻，起延遲、緩沖作用。padVDDMPMNVSSR第七章集成電路常用器件版圖MOS晶體管保護電路

1.基本原理利電阻-二極管保護電路

版圖示例第七章集成電路常用器件版圖電阻-