【華信研究院】集成電路ESD防護關鍵技術分析

➤（一）基於SCR的防護技術

晶閘管（Silicon Controlled Rectifier，SCR）是ESD防護過程中常用的器件。通常使用的是簡單可控的矽晶閘管，其包括P型井電阻與N型井電阻。兩種不同的電阻類型在集成電路中分別駐紮在不同的區域，N型阱電阻主要在集成電路的陽極埠，與P型阱電阻共同連接。而P型阱電阻同時注入陰極埠，此陰極埠能夠時刻與N型阱電阻連接。一般主要由兩種電阻以及兩個寄生三極體共同組成，這個組成有助於提高防護效果，同時避免對集成電路的運行產生嚴重影響。實際應用中，一般將晶闡管視為兩端器件連接於集成電路中，為了充分發揮晶閘管在靜電放電過程中的防護作用，晶閘管的陰極與P-well相互連接，陽極則與N-well相互連接。當把這一器件與雙極型電晶體結進行連接過程中，能夠觸發到可控矽，從而充分發揮良好的防護作用。

➤（二）全晶片的防護技術

為了有效避免ESD現象對於集成電路造成的重大損害，提高對集成電路ESD的防護水平，通常情況下會在PAD周邊設置ESD防護電路，這種方式雖然在一定程度上提高了ESD防護能力，但是並沒有解決集成電路內部電路的受損問題，所以有必要採用安全晶片防護技術。在安全晶片防護技術中需要採用Power Clamp，將防護電路劃分為靜態電路和動態電路。通過靜態防護電路保障集成電路穩定的電流特性，設置固定的觸發電壓，如果源電壓超過觸發電壓，靜態防護電路就會被導通，從而有效釋放靜電電流，基於防護器件二極體觸發SCR電路，起到有效的ESD防護效果。

➤（三）集成電路版圖設計

通常情況下，「熱實效形式」和「電實效形式」是集成電路被損壞的兩種主要靜電放電錶現形式。當流向晶片內部的電流強度超過預定範圍，晶片內部就會聚集較大的熱量，加之晶片內部空間過小，熱量集聚的問題會更加凸顯。所以，往往會由於熱量快速聚集導致晶片的溫度升高，致使晶片損壞。一般來說，由於熱實效導致燒毀的晶片區域主要有互聯線、擴散電阻、多晶矽電阻。出現電實效的區域往往沒有受到電路的有效保護，或者電路在保護的過程中沒有起到太大的作用，致使晶片受到「ESD電高壓」影響。所以，在實際的設計布局過程中，應該以將ESD版圖設計成對稱布置為主要優化思路。

對於類型相同的管腳，應當使用一致的ESD防護電路，分布均勻，密度科學合理。在布置過程中應當有效減少互連線上產生的寄生電阻，並在二極體ESD防護器件中融入叉指結構，同時有效增長其周長。此外，在GDPMOS或GGNMOS器件的布置過程中也可以選擇叉指結構，並且將叉指的長度與寬帶控制在合理的範圍之內。