劉靜 黨躍棟 劉慧婷 趙巖

(西安理工大學(xué)電子工程系,西安 710048)

提出一種內(nèi)嵌橫向PNP 晶體管的靜電放電(ESD)雙向防護(hù)器件(PNP_DDSCR).對(duì)新結(jié)構(gòu)器件在不同ESD 應(yīng)力模式下的響應(yīng)過程以及電流輸運(yùn)機(jī)制進(jìn)行研究,內(nèi)嵌橫向PNP 晶體管的引入,提高了DDSCR 系統(tǒng)內(nèi)部寄生晶體管的注入效率,促進(jìn)正反饋系統(tǒng)建立,同時(shí)引入兩條新的電流泄放通路,抑制電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng),提高了電流泄放能力.結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的DDSCR 器件相比,PNP_DDSCR 器件在傳輸線脈沖(TLP)測(cè)試仿真中觸發(fā)電壓下降了31%,維持電壓提高了16.8%,ESD 設(shè)計(jì)窗口優(yōu)化44.5%,具有更低的導(dǎo)通電阻.快速傳輸線脈沖(VF-TLP)測(cè)試仿真結(jié)果表明,新結(jié)構(gòu)器件對(duì)瞬態(tài)過沖電壓有更好的鉗位能力,同時(shí)保持了較大的開啟速度,在VF-TLP 應(yīng)力0.1 A 時(shí),PNP_DDSCR 器件的過沖電壓僅為DDSCR 器件的37%.

1 引言

隨著集成電路特征尺寸的不斷縮小,靜電放電(electro static discharge,ESD)所引起芯片可靠性問題越來(lái)越不可忽視[1?3].雙向可控硅(dual directional silicon controlled rectifier,DDSCR)是一種具有雙向靜電防護(hù)能力的半導(dǎo)體器件,它具有單位面積魯棒性強(qiáng)、導(dǎo)通電阻低等優(yōu)點(diǎn),在集成電路領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[4].然而隨著現(xiàn)代集成電路工藝水平的發(fā)展,常規(guī)DDSCR 存在以下問題限制其ESD 防護(hù)能力進(jìn)一步提高: 第一,DDSCR 阱區(qū)摻雜濃度低(通常為1×1017cm–3左右),導(dǎo)致觸發(fā)電壓較高[5?7];第二,傳統(tǒng)DDSCR 在觸發(fā)后,寄生的NPN 和PNP 雙極晶體管形成正反饋,加劇了大注入下的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng),維持電壓較低[8?10];第三,DDSCR 電流泄放路徑較長(zhǎng),導(dǎo)致瞬態(tài)過沖電壓較高[11,12].

業(yè)界普遍采用增加額外高摻雜層或者寄生MOS結(jié)構(gòu)降低觸發(fā)電壓[13,14],但會(huì)帶來(lái)魯棒性降低以及泄漏電流增大的問題,影響器件的可靠性[15].對(duì)于提高維持電壓,一般采用寄生結(jié)構(gòu)增加電流泄放通路的方法,但會(huì)增加版圖面積且無(wú)法解決觸發(fā)電壓較大的問題[16].上述技術(shù)手段在一定程度上提高了DDSCR 器件的ESD 防護(hù)水平,但不能從根本上解決各項(xiàng)性能指標(biāo)之間的矛盾[17,18].因此,為了滿足現(xiàn)代集成電路對(duì)于ESD 防護(hù)器件的高要求,提出一種綜合性能更優(yōu)的新型ESD 防護(hù)器件是一個(gè)亟待解決的問題[19].

本文基于0.18 μm CMOS 工藝對(duì)傳統(tǒng)DDSCR器件在不同ESD 應(yīng)力模式下的響應(yīng)過程以及電流輸運(yùn)機(jī)制進(jìn)行研究,提出內(nèi)嵌橫向PNP 型雙極晶體管的DDSCR 結(jié)構(gòu)(PNP_DDSCR).對(duì)新結(jié)構(gòu)器件與傳統(tǒng)DDSCR 器件內(nèi)部的正反饋建立機(jī)制及電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)進(jìn)行對(duì)比分析.PNP_DDSCR 不僅可以提供輔助觸發(fā)電流,使得正反饋機(jī)制更容易建立,同時(shí)引入兩條新的電流泄放通路抽取過剩載流子,抑制電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng).新結(jié)構(gòu)中內(nèi)嵌晶體管使得電流泄放路徑更短,體電阻更低,電流泄放能力提升的同時(shí)對(duì)瞬態(tài)過沖電壓有更好的鉗位能力.

2 器件結(jié)構(gòu)及電流輸運(yùn)機(jī)制

PNP_DDSCR 器件的剖面結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示,對(duì)應(yīng)的等效電路如圖1(b).傳統(tǒng)DDSCR 剖面圖與等效電路圖分別如圖2(a),(b)所示.傳統(tǒng)DDSCR 器件從下到上依次為P 型襯底、N 型埋層,并列排布厚度為1 μm 的N 型阱區(qū)和P 型阱區(qū),采用淺溝槽隔離厚度為0.1 μm 的N+區(qū)和P+區(qū).傳統(tǒng)DDSCR 器件阱區(qū)摻雜濃度低,正反饋的建立依賴于阱區(qū)反偏PN 結(jié)的雪崩效應(yīng),觸發(fā)電壓較高.器件導(dǎo)通后,雪崩效應(yīng)增大了電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng),器件內(nèi)部?jī)H存在一條電流泄放通路抽取過剩載流子,導(dǎo)致維持電壓較低,電流泄放能力弱.與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的是,PNP_DDSCR 器件在中間N 阱中嵌入兩個(gè)P+區(qū),與N 阱區(qū)構(gòu)成內(nèi)嵌橫向PNP 型雙極晶體管,其中兩個(gè)P+區(qū)分別與T1 端子和T2 端子相連.內(nèi)嵌PNP 結(jié)構(gòu)在器件觸發(fā)時(shí)提供輔助觸發(fā)電流,促進(jìn)正反饋建立,降低觸發(fā)電壓,器件導(dǎo)通后引入新的電流泄放通路抽取過剩載流子,提高器件的電流泄放能力,提高維持電壓.

圖1 PNP_DDSCR 器件結(jié)構(gòu)剖面圖與等效電路圖Fig.1.Structural cross-section and equivalent circuit diagram of PNP_DDSCR device.

圖2 DDSCR 器件結(jié)構(gòu)剖面圖與等效電路圖Fig.2.Structural cross-section and equivalent circuit diagram of DDSCR device.

PNP_DDSCR 新結(jié)構(gòu)器件中,當(dāng)ESD 應(yīng)力作用于T1 端子時(shí),內(nèi)嵌PNP 晶體管率先導(dǎo)通,與T1 端子相連的P+區(qū)充當(dāng)發(fā)射區(qū),向PNP_DDSCR 的中間N 阱注入載流子,此時(shí)該結(jié)構(gòu)中存在N_Well/P+與N_Well/P_Well 兩個(gè)反偏PN 結(jié).隨著T1 端子的ESD 應(yīng)力進(jìn)一步增大,反偏PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿后,形成圖1(a)中的3 條電流泄放路徑(通路1、通路2、通路3).通路1 為T1 端P+區(qū)和P 阱、N 阱、T2 端P 阱、T2 端N+區(qū)構(gòu)成的主SCR 通路;通路2 為T1 端內(nèi)嵌P+區(qū)、N 阱、T2 端P 阱、T2 端N+區(qū)構(gòu)成的寄生SCR 通路;通路3 為內(nèi)嵌PNP 晶體管通路.由于PNP_DDSCR中內(nèi)嵌PNP 晶體管直接連通T1 端子和T2 端子,在器件工作時(shí)提供觸發(fā)電流,輔助SCR 結(jié)構(gòu)觸發(fā),降低觸發(fā)電壓.在整個(gè)系統(tǒng)導(dǎo)通以后,存在3 條電流泄放路徑抽取過剩載流子,削弱電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng),提高電流泄放效率,器件保持良好的電壓鉗位能力.PNP_DDSCR 器件的結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性具有高度對(duì)稱性,當(dāng)ESD 應(yīng)力作用于T2 端子時(shí),器件的電流輸運(yùn)機(jī)制與上述分析一致.

3 ESD 特性分析

PNP_DDSCR 具有觸發(fā)電壓低,維持電壓高,瞬態(tài)過沖電壓低等特點(diǎn),為進(jìn)一步評(píng)估PNP_DDSCR器件的ESD 防護(hù)能力,本文對(duì)PNP_DDSCR 器件與傳統(tǒng)DDSCR 器件進(jìn)行了傳輸線(transmission line pulse,TLP)仿真測(cè)試、快速傳輸線脈沖(very fast TLP,VF-TLP)仿真測(cè)試的對(duì)比分析.仿真測(cè)試中,選用的仿真模型主要包括費(fèi)米模型、禁帶變窄模型、遷移率退化模型、雪崩模型、SRH(Shockley-Read-Hall)復(fù)合模型、俄歇復(fù)合模型、熱力學(xué)模型、analytic TEP 模型等,數(shù)值計(jì)算采用Newton,Bank-Rose,ParDiSo,NaturalBoxMethode等方法.器件的關(guān)鍵尺寸如表1 所示,兩種器件的各區(qū)域摻雜濃度完全一致,具體參數(shù)如表2 所示.

表1 PNP_DDSCR 的關(guān)鍵尺寸表Table 1.Critical dimensions of PNP_DDSCR.

表2 摻雜濃度參數(shù)表Table 2.Doping profile.

3.1 準(zhǔn)靜態(tài)電學(xué)特性分析

人體放電模型(human body model,HBM)防護(hù)能力是ESD 防護(hù)設(shè)計(jì)中需要滿足的基礎(chǔ)指標(biāo),TLP 脈沖仿真測(cè)試能夠有效衡量器件的HBM 防護(hù)能力[20].如圖3 所示為PNP_DDSCR 器件和傳統(tǒng)DDSCR 的TLP 脈沖仿真測(cè)試結(jié)果,其中第一象限為ESD 應(yīng)力作用于T1 端子(正向)的情況,第三象限為ESD 應(yīng)力作用于T2 端子(負(fù)向)的情況.由圖3 可以看出,PNP_DDSCR 的觸發(fā)電壓為11.6 V,相比DDSCR 的16.8 V 降低約31%,PNP_DDSCR 的維持電壓相比傳統(tǒng)DDSCR 由3.71 V 提升至4.33 V,提升約16.8%,ESD 設(shè)計(jì)窗口優(yōu)化44.5%.上述結(jié)果表明,新結(jié)構(gòu)器件可以同時(shí)降低觸發(fā)電壓,提升維持電壓,具有更好的HBM防護(hù)性能.

圖3 DDSCR 與PNP_DDSCR 的TLP 仿真測(cè)試I-V 曲線對(duì)比Fig.3.Comparison of TLP simulation test I-V curves between DDSCR and PNP_DDSCR.

內(nèi)嵌PNP 晶體管在PNP_DDSCR 器件ESD防護(hù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用.圖4 給出了內(nèi)嵌PNP 晶體管工作時(shí)的電流傳輸示意圖.

圖4 內(nèi)嵌PNP 晶體管電流傳輸示意圖Fig.4.Schematic diagram of embedded PNP transistor current transmission.

PNP_DDSCR 器件正向工作時(shí),內(nèi)嵌PNP晶體管發(fā)射結(jié)正偏,空穴注入基區(qū),在基區(qū)邊擴(kuò)散邊復(fù)合,到達(dá)集電結(jié)邊界后,被集電結(jié)電場(chǎng)掃入集電區(qū),形成集電極電流.同時(shí),基區(qū)多子電子以及被集電結(jié)電場(chǎng)從集電區(qū)抽取到基區(qū)的電子,一部分與基區(qū)積累的空穴復(fù)合,另一部分注入到發(fā)射區(qū)被T1 端子收集,基極開路時(shí)這些電子流流動(dòng)形成的ICBO相當(dāng)于IB,根據(jù)雙極晶體管電流公式[21]:

其中β0是晶體管的共射極直流電流放大系數(shù).PNP_DDSCR 器件正向開啟時(shí),內(nèi)嵌PNP 晶體管的發(fā)射區(qū)注入N 阱區(qū)的載流子受到電場(chǎng)力的作用,一部分流向內(nèi)嵌PNP 晶體管的集電區(qū)被T2 端子收集,另一部分到達(dá)N 阱/P 阱反偏結(jié)的邊緣被電場(chǎng)掃進(jìn)P 阱,電流流過產(chǎn)生壓降,促進(jìn)正反饋通路建立.而SCR 的開啟(觸發(fā))電壓VBF為[21]

其中n為常數(shù),VB是阱區(qū)反偏結(jié)的擊穿電壓,α1和α2分別為SCR 正反饋系統(tǒng)中兩個(gè)晶體管的共基極直流電流放大系數(shù).由(3)式可得,SCR 的開啟電壓要低于內(nèi)部PN 結(jié)的雪崩擊穿電壓.傳統(tǒng)DDSCR 器件的α1+α2很小,導(dǎo)致觸發(fā)電壓較高,本文提出的PNP_DDSCR 器件中內(nèi)嵌P+區(qū)和P 阱區(qū)共同向N 阱區(qū)注入載流子,增大了晶體管的注入效率,即α1+α2增大,因此PNP_DDSCR具有較低的觸發(fā)電壓.

抑制電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)是SCR 提高維持電壓的關(guān)鍵.DDSCR 開啟后,為了保持SCR 路徑導(dǎo)通,環(huán)路增益應(yīng)滿足[22]

為了削弱電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng),PNP_DDSCR 器件引入兩條新的電流泄放路徑,大量載流子被分離在主體SCR 通路外,使該路徑上的寄生三極管的增益大大降低.為了保持SCR 通路的正常導(dǎo)通,該路徑上載流子濃度應(yīng)趨于保持穩(wěn)定,滿足環(huán)路增益的條件,在阱區(qū)反偏PN 結(jié)處將有更高的電場(chǎng)激發(fā)更多的雪崩載流子,需要更高的外偏壓.這是PNP_DDSCR 維持電壓提升的原因.

圖5 是PNP_DDSCR 器件T1 端子分別施加2×10–7A 和3×10–7A 應(yīng)力TLP 電流時(shí)的電壓響應(yīng).SCR 主體路徑還沒有開啟,內(nèi)嵌PNP 通路逐漸導(dǎo)通,器件仍處于高阻值狀態(tài).在該狀態(tài)下,隨著脈沖幅值的增加,器件兩端電壓響應(yīng)逐步增加,器件內(nèi)部碰撞電離明顯增強(qiáng),主要集中在寄生PNP 晶體管的集電結(jié)與阱區(qū)反偏PN 結(jié)處,共同產(chǎn)生過剩載流子,如圖6(a),(b)所示.圖7(a),(b)分別為PNP_DDSCR 器件T1 端子分別施加2×10–7A 和3×10–7A 應(yīng)力TLP 電流時(shí)的電流密度分布圖.內(nèi)嵌PNP 晶體管是主要的電流泄放通路,且電流密度隨著脈沖幅值的增加而增加,這里產(chǎn)生的電流流過N 阱區(qū)的電阻產(chǎn)生壓降,作用于主SCR 與寄生SCR 中的PNP 晶體管的發(fā)射結(jié),加速PNP 管導(dǎo)通,進(jìn)一步促進(jìn)SCR 結(jié)構(gòu)開啟.因此PNP_DDSCR 具有較低的觸發(fā)電壓.

圖5 PNP_DDSCR 器件T1 端子施加不同應(yīng)力TLP 電流時(shí)的電壓響應(yīng)Fig.5.Voltage response of PNP_DDSCR device T1 terminal when TLP current with different stress is applied.

圖6 PNP_DDSCR 器件碰撞電離分布圖 (a) T1 端子應(yīng)力為2×10–7A TLP 電流;(b) T1 端子應(yīng)力為3×10–7 A TLP電流Fig.6.Impact ionization distribution diagram of PNP_DDSCR device: (a) T1 terminal stress is 2×10–7 A TLP current;(b) T1 terminal stress is 3×10–7 A TLP current.

圖7 PNP_DDSCR 器件電流密度分布圖 (a) T1 端子應(yīng)力為2×10–7 A TLP 電流;(b) T1 端子應(yīng)力為3×10–7 A TLP電流Fig.7.Current density distribution diagram of PNP_DDSCR device: (a) T1 terminal stress is 2×10–7 A TLP current;(b) T1 terminal stress is 3×10–7 A TLP current.

當(dāng)PNP_DDSCR 器件內(nèi)部的寄生晶體管都開啟后,隨著內(nèi)部主SCR 結(jié)構(gòu)與寄生SCR 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的晶體管逐漸達(dá)到飽和狀態(tài),PNP_DDSCR器件兩端電壓降低到最小值,即維持電壓.維持電壓的大小取決于電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的強(qiáng)弱,器件觸發(fā)后,碰撞電離產(chǎn)生大量過剩載流子,傳統(tǒng)DDSCR僅有1 條泄放通路,電流泄放效率低,不利于維持電壓的提升.但PNP_DDSCR 有3 條泄放通路共同抽取過剩載流子,抑制電導(dǎo)調(diào)制作用,為了滿足環(huán)路增益,需要更高的外偏壓.因此PNP_DDSCR具有高于傳統(tǒng)DDSCR 的維持電壓.

圖8(a),(b)分別是DDSCR 器件與PNP_DDSCR 器件T1 端子應(yīng)力為0.08 A TLP 電流的電流密度分布圖.在該應(yīng)力強(qiáng)度下,兩種器件都完全開啟,相比DDSCR 器件,PNP_DDSCR 器件多條電流泄放路徑共同作用,電流密度分布范圍廣泛,導(dǎo)通電阻更低,準(zhǔn)靜態(tài)I-V特性曲線泄放過程中斜率更大.

圖8 T1 端子應(yīng)力為0.08 A TLP 電流的電流密度分布圖 (a) DDSCR 器件電流密度分布圖;(b) PNP_DDSCR電流密度分布圖Fig.8.Current density distribution diagram of 0.08 A TLP current at T1 terminal: (a) Current density distribution diagram of DDSCR device;(b) current density distribution diagram of PNP_DDSCR device.

圖9 是DDSCR 器件與PNP_DDSCR 器件T1 端子TLP 電流脈沖應(yīng)力為2.68 A 時(shí)最高溫度隨時(shí)間變化過程對(duì)比圖.傳統(tǒng)DDSCR 器件最高溫度隨時(shí)間升高,在最終時(shí)刻達(dá)到極大值(930 K),如圖10 所示,最熱點(diǎn)位置位于阱區(qū)反偏PN 結(jié)附近.

圖9 T1 端子應(yīng)力為2.68 A TLP 電流的最高溫度隨時(shí)間的變化過程對(duì)比圖Fig.9.The temperature changing processes with time for T1 TLP stress of 2.68 A.

圖10 DDSCR 器件溫度分布圖Fig.10.Temperature distribution diagram of DDSCR device.

PNP_DDSCR 器件開啟過程中,最高溫度隨時(shí)間的變化存在兩個(gè)極值(952 K,760 K),而后下降,最后平穩(wěn)上升.圖11 是PNP_DDSCR 器件導(dǎo)通過程中不同時(shí)刻的溫度分布圖.當(dāng)TLP 脈沖作用于PNP_DDSCR 器件T1 端子時(shí),內(nèi)嵌PNP晶體管路徑優(yōu)先開啟,導(dǎo)致該路徑上出現(xiàn)電流擁擠,最高溫度快速達(dá)到極大值,最熱點(diǎn)位于內(nèi)嵌PNP 晶體管的集電結(jié)附近.隨著SCR 路徑的逐步開啟,電流分布范圍擴(kuò)大,最熱點(diǎn)開始發(fā)生轉(zhuǎn)移,該過程中出現(xiàn)第2 個(gè)極值,當(dāng)SCR 路徑完全開啟后,最熱點(diǎn)轉(zhuǎn)移至阱區(qū)反偏PN 結(jié)附近,由于PNP_DDSCR 器件具有多條電流泄放路徑,電流擁擠程度遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)DDSCR 器件,隨著脈沖時(shí)間的延長(zhǎng),SCR 路徑完全開啟后,阱區(qū)反偏PN 結(jié)附近的最熱點(diǎn)溫度增加緩慢.

圖11 圖9 中三點(diǎn)PNP_DDSCR 器件導(dǎo)通過程溫度分布圖 (a) A 點(diǎn);(b) B 點(diǎn);(c) C 點(diǎn)Fig.11.Temperature distribution of PNP_DDSCR device at different point in Fig.9: (a) Point A;(b) point B;(c) point C.

圖12 是DDSCR器件與PNP_DDSCR 器件T1 端子TLP 脈沖應(yīng)力強(qiáng)度為2.68 A 時(shí)的單位面積平均溫度隨時(shí)間的變化過程對(duì)比圖,整個(gè)開啟過程中,PNP_DDSCR 器件的平均溫度都低于傳統(tǒng)DDSCR 器件,隨著脈沖時(shí)間的增加,平均溫度的差值進(jìn)一步擴(kuò)大.PNP_DDSCR 器件中的寄生結(jié)構(gòu)導(dǎo)致快速出現(xiàn)溫度極值,但在器件完全導(dǎo)通后由于多條電流泄放路徑的共同作用,器件具有較強(qiáng)的散熱能力.

圖12 T1 端子應(yīng)力為2.68 A TLP 電流的單位面積平均溫度隨時(shí)間的變化過程對(duì)比圖Fig.12.The change processes of average temperature per unit area with time when T1 TLP stress is 2.68 A.

3.2 瞬態(tài)開啟特性分析

充電器件模型(charged device model,CDM)放電時(shí)間極短,一般為ns 級(jí)別.VF-TLP 脈沖仿真測(cè)試能夠有效衡量器件的CDM 防護(hù)能力,其中瞬態(tài)過沖電壓和開啟速度是關(guān)鍵指標(biāo)[23].

圖13 是PNP_DDSCR 和DDSCR 在VF-TLP仿真測(cè)試下的電流-過沖電壓曲線(正向).PNP_DDSCR 觸發(fā)路徑上的寄生電阻更小,實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)DDSCR 更低的瞬態(tài)過沖電壓,隨著VF-TLP電流脈沖幅值的增大,過沖電壓的差值進(jìn)一步擴(kuò)大.

圖14 為DDSCR 和PNP_DDSCR 在VF-TLP電流為0.1 A 時(shí)的瞬態(tài)電壓響應(yīng)過程.由圖14 可得PNP_DDSCR 的瞬態(tài)過沖電壓比DDSCR 低了將近30 V,與圖13 中顯示的一致.由兩種器件電壓響應(yīng)過程可知,PNP_DDSCR 與DDSCR 恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間相近,保持了較快的開啟速度.兩種器件在該電流強(qiáng)度下不同時(shí)間點(diǎn)的電勢(shì)分布圖,如圖15 所示.1×10–10s 時(shí)刻兩種器件T1 端子電勢(shì)同時(shí)達(dá)到峰值,但差值明顯,與DDSCR 器件T1 端子電勢(shì)46.41 V 相比,PNP_DDSCR 此時(shí)T1 端子電勢(shì)僅為17.16 V,下降了63%;在8×10–9s時(shí)刻,器件均完全開啟,T1 端子電勢(shì)差值減小,都恢復(fù)到較低的值,進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài).

圖13 電流-過沖電壓曲線對(duì)比圖Fig.13.Comparison of current-overshoot voltage curve.

圖14 0.1 A VF-TLP 響應(yīng)過程對(duì)比圖Fig.14.Comparison of VF-TLP response process at 0.1 A.

圖15 0.1 A VF-TLP 脈沖強(qiáng)度不同時(shí)刻電勢(shì)分布圖 (a) 1×10–10 s 時(shí)刻DDSCR 電勢(shì)分布圖;(b) 1×10–10 s 時(shí)刻PNP_DDSCR電勢(shì)分布圖;(c) 8×10–9 s 時(shí)刻DDSCR 電勢(shì)分布圖;(d) 8×10–9 s 時(shí)刻PNP_DDSCR 電勢(shì)分布圖Fig.15.Potential distribution diagram of 0.1 A VF-TLP pulse intensity at different times: (a) DDSCR potential distribution diagram at 1×10–10 s;(b) potential distribution diagram of PNP_DDSCR at 1×10–10 s;(c) DDSCR potential distribution diagram at 8×10–9 s;(d) potential distribution diagram of PNP_DDSCR at 8×10–9 s.

綜上所述,PNP_DDSCR 器件在保持較快開啟速度的前提下對(duì)過沖電壓有更好的鉗位能力,在CDM 防護(hù)模式下同樣具有較強(qiáng)的保護(hù)能力.

4 結(jié)論

基于傳統(tǒng)DDSCR 結(jié)構(gòu),提出一種內(nèi)嵌橫向PNP 晶體管的ESD 雙向防護(hù)器件(PNP_DDSCR),內(nèi)嵌橫向PNP 晶體管的引入促進(jìn)了SCR 系統(tǒng)中正反饋通路的建立,抑制電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng),降低寄生電阻.對(duì)比分析了新結(jié)構(gòu)器件與傳統(tǒng)DDSCR 器件在不同ESD 應(yīng)力模式下的響應(yīng)過程以及電流輸運(yùn)機(jī)制.TLP 脈沖測(cè)試結(jié)果表明,內(nèi)嵌PNP 晶體管結(jié)構(gòu)在器件觸發(fā)時(shí)提供輔助觸發(fā)電流,降低觸發(fā)電壓,在器件開啟后,引入兩條新的電流泄放通路,抑制電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的同時(shí)提高了電流泄放能力;VF-TLP 脈沖測(cè)試結(jié)果表明,PNP_DDSCR 器件觸發(fā)路徑上的寄生電阻更小,對(duì)瞬態(tài)過沖電壓有更好的鉗位能力,同時(shí)保持了較快的開啟速度.