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見るところ花にあらずと云ふことなし

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转:ESD1  

2010-05-11 18:04:12|  分类: IC design |  标签: |举报 |字号 订阅

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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-Doped Drain)製程與結構; 為了降低 CMOS元件汲極(drain)與源極(source)的寄生電阻(sheet resistance) Rs 與 Rd,而發展出Silicide製程; 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1-1 CMOS 製程技術的演進

Feature

Size(mm)

3

2

1

0.8

0.5

0.35

0.25

Junction

Depth(mm)

0.8

0.5

0.35

0.3

0.25

0.2

0.15

Gate-Oxide

Thickness(A)

500

400

200

150

100

70

50

LDD

No

No

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Salicide

(Silicide)

No

No

No

No

Yes

Yes

Yes

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(Electrostatic Discharge ESD)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(output buffer)元件的通道寬度(channel width)固定在300微米(mm),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,CMOS 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-Body

Model)

機器放電模式

(Machine

Model)

元件充電模式

(Charged-Device

Model)

Okey

2000V

200V

1000V

Safe

4000V

400V

1500V

Super

10000V

1000V

2000V

  因此,在這個網站裡,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,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, 必能協助您解決貴公司積體電路產品所遭遇到的 ESD問題 。 

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