教学课件 78天线效应与ESD汇总

集成电路版图设计主讲李斌E_mail:bin_lichina@西南科技大学网络教育系列课程

信息类专业课程集成电路版图设计西南科技大学网络教育系列课程信息类专第七章集成电路常用器件版图一、天线效应二、天线效应的防治措施三、ESD（静电击穿）及防治措施四、电迁移现象内容第七章集成电路常用器件版图一、天线效应内容第七章集成电路常用器件版图1、当大面积的金属1直接与栅极相连，在金属腐蚀过程中，会吸引大量的电荷（因为工艺中刻蚀金属是在强场中进行的），这时如果该金属直接与管子栅（相当于有栅电容）相连的话，可能会在栅极形成高电压会影响栅极氧化层的质量，降低电路的可靠性和寿命2、大面积的多晶硅也有可能出现天线效应一、天线效应第七章集成电路常用器件版图1、当大面积的金属1直接与栅极第七章集成电路常用器件版图二、天线的防治措施1、减小连接栅的多晶和金属1面积，令其在所接栅面积的100倍以下；2、采用第二层金属过渡。第七章集成电路常用器件版图二、天线的防治措施第七章集成电路常用器件版图3.如果无法加跳线，则可以连接一个最小的N+/P-epi或P+/Nwell的二极管。第七章集成电路常用器件版图3.如果无法加跳线，则可以连接第七章集成电路常用器件版图三、静电放电ESD保护ESD：ElectrostaticDischarge人体或其他机械运动所积累的静电电压远远超过MOS晶体管的栅击穿电压2kV第七章集成电路常用器件版图三、静电放电ESD保护2kV1、器件失效的原因分类1、器件失效的原因分类

1.人体放电模式(Human-BodayModel,HBM)

2.机器放电模式(MachineModel,MM)

3.组件充电模式(Charged-DeviceModel,CDM)

4.电场感应模式(Field-InducedModel,FIM)2、ESD模式分类1.人体放电模式(Human-BodayModel,第七章集成电路常用器件版图1.人体放电模式人体放电模式(HBM)的ESD是指因人体在地上走动磨擦或其它因素在人体上已累积了静电，当此人去碰触到IC时，人体上的静电便会经由IC的脚(pin)而进入IC内，再经由IC放电到地去。ESD模式分类第七章集成电路常用器件版图1.人体放电模式ESD模式分2.机器放电模式

机器放电模式的ESD是指机器(例如机械手臂)本身累积了静电，当此机器去碰触到IC时，该静电便经由IC的pin放电。2.机器放电模式3.组件充电模式

组件充电模式(CDM)是指IC先因磨擦或其它因素而在IC内部累积了静电，但在静电累积的过程中IC并未被损伤。此带有静电的IC在处理过程中，当其pin去碰触到接地面时，IC内部的静电便会经由pin自IC内部流出来，而造成了放电的现象。3.组件充电模式4.电场感应模式

电场感应模式(FIM)的静电放电发生是因电场感应而起的。当IC因输送带或其它因素而经过一电场时，其相对极性的电荷可能会自一些IC脚而排放掉，在IC通过电场之后，IC本身便累积了静电荷，此静电荷会以类似CDM的模式放电出来。4.电场感应模式第七章集成电路常用器件版图

抗静电设计就是在电路的端口增设保护电路，使得静电电荷形成的高压在到达正常电路之前，通过保护电路将静电电荷泄放掉，而保护电路自身也不被损坏。（1）保护电路不能影响正常电路的功能；（2）保护电路放电电阻尽可能小；（3）放电回路能承受高的瞬态功耗；（4）保护电路应有抗闩锁能力；（5）保护电路占用尽可能小的芯片面积。四、抗静电设计第七章集成电路常用器件版图抗静电设计就是第七章集成电路常用器件版图静电放电ESD保护集成电路中接到MOS晶体管栅极的PIN更需ESD保护，一般为输入PIN；而接到扩散区的PIN相对不易受ESD损坏，一般为输出PINVDDVo第七章集成电路常用器件版图静电放电ESD保护VDDVo第七章集成电路常用器件版图静电放电ESD保护输入PIN的ESD保护电路目标：保证连接到核心电路的I点电压低于栅氧击穿电压D1，D2的面积要大，以吸收大部分的电流，构成第一级保护Rs的典型值从几百~几千欧姆，一般为多晶导线电阻或扩散区电阻，宽度要大一些，以免被大电流烧坏。D3，D4与Rs一起构成第二级保护，面积可以小一些。VDDD1D2D3D4RSESD保护电路第七章集成电路常用器件版图静电放电ESD保护VDDD1D第七章集成电路常用器件版图电阻-二极管保护电路

1.基本原理R2为N+电阻，起延迟、缓冲作用，防止外来高电压直接作用于MOS管的栅极。阻值一般在几十左右。padVDDMPMNVSSR1R2Dn1Dp1第七章集成电路常用器件版图电阻-二极管保护电路

1.MOS晶体管保护电路

1.基本原理利用保护管NMOS和PMOS的饱和导通或沟道穿通效应以及漏极寄生二极管完成静电泄放。保护管W/L要足够大以便获得小的导通电阻，并采用抗闩锁的保护环结构。R为N+电阻，起延迟、缓冲作用。padVDDMPMNVSSR第七章集成电路常用器件版图MOS晶体管保护电路

1.基本原理利电阻-二极管保护电路

版图示例第七章集成电路常用器件版图电阻-二极管保护电路

版图示例第七章集成电路常用器件第七章集成电路常用器件版图MOS晶体管保护电路

版图示例第七章集成电路常用器件版图MOS晶体管保护电路

版图所谓电迁移效应是指当传输电流过大时，电子碰撞金属原子，导致原子移位而使金属断线。在接触孔周围，电流比较集中，电迁移效应更加容易发生。四、电迁移效应所谓电迁移效应是指当传输电流过大时，电子碰撞金属原子实验七：画出ESD保护电路版图实验七：画出ESD保护电路版图教学课件78天线效应与ESD汇总谢谢观看！谢谢观看！集成电路版图设计主讲李斌E_mail:bin_lichina@西南科技大学网络教育系列课程

信息类专业课程集成电路版图设计西南科技大学网络教育系列课程信息类专第七章集成电路常用器件版图一、天线效应二、天线效应的防治措施三、ESD（静电击穿）及防治措施四、电迁移现象内容第七章集成电路常用器件版图一、天线效应内容第七章集成电路常用器件版图1、当大面积的金属1直接与栅极相连，在金属腐蚀过程中，会吸引大量的电荷（因为工艺中刻蚀金属是在强场中进行的），这时如果该金属直接与管子栅（相当于有栅电容）相连的话，可能会在栅极形成高电压会影响栅极氧化层的质量，降低电路的可靠性和寿命2、大面积的多晶硅也有可能出现天线效应一、天线效应第七章集成电路常用器件版图1、当大面积的金属1直接与栅极第七章集成电路常用器件版图二、天线的防治措施1、减小连接栅的多晶和金属1面积，令其在所接栅面积的100倍以下；2、采用第二层金属过渡。第七章集成电路常用器件版图二、天线的防治措施第七章集成电路常用器件版图3.如果无法加跳线，则可以连接一个最小的N+/P-epi或P+/Nwell的二极管。第七章集成电路常用器件版图3.如果无法加跳线，则可以连接第七章集成电路常用器件版图三、静电放电ESD保护ESD：ElectrostaticDischarge人体或其他机械运动所积累的静电电压远远超过MOS晶体管的栅击穿电压2kV第七章集成电路常用器件版图三、静电放电ESD保护2kV1、器件失效的原因分类1、器件失效的原因分类

1.人体放电模式(Human-BodayModel,HBM)

2.机器放电模式(MachineModel,MM)

3.组件充电模式(Charged-DeviceModel,CDM)

4.电场感应模式(Field-InducedModel,FIM)2、ESD模式分类1.人体放电模式(Human-BodayModel,第七章集成电路常用器件版图1.人体放电模式人体放电模式(HBM)的ESD是指因人体在地上走动磨擦或其它因素在人体上已累积了静电，当此人去碰触到IC时，人体上的静电便会经由IC的脚(pin)而进入IC内，再经由IC放电到地去。ESD模式分类第七章集成电路常用器件版图1.人体放电模式ESD模式分2.机器放电模式

机器放电模式的ESD是指机器(例如机械手臂)本身累积了静电，当此机器去碰触到IC时，该静电便经由IC的pin放电。2.机器放电模式3.组件充电模式

组件充电模式(CDM)是指IC先因磨擦或其它因素而在IC内部累积了静电，但在静电累积的过程中IC并未被损伤。此带有静电的IC在处理过程中，当其pin去碰触到接地面时，IC内部的静电便会经由pin自IC内部流出来，而造成了放电的现象。3.组件充电模式4.电场感应模式

电场感应模式(FIM)的静电放电发生是因电场感应而起的。当IC因输送带或其它因素而经过一电场时，其相对极性的电荷可能会自一些IC脚而排放掉，在IC通过电场之后，IC本身便累积了静电荷，此静电荷会以类似CDM的模式放电出来。4.电场感应模式第七章集成电路常用器件版图

抗静电设计就是在电路的端口增设保护电路，使得静电电荷形成的高压在到达正常电路之前，通过保护电路将静电电荷泄放掉，而保护电路自身也不被损坏。（1）保护电路不能影响正常电路的功能；（2）保护电路放电电阻尽可能小；（3）放电回路能承受高的瞬态功耗；（4）保护电路应有抗闩锁能力；（5）保护电路占用尽可能小的芯片面积。四、抗静电设计第七章集成电路常用器件版图抗静电设计就是第七章集成电路常用器件版图静电放电ESD保护集成电路中接到MOS晶体管栅极的PIN更需ESD保护，一般为输入PIN；而接到扩散区的PIN相对不易受ESD损坏，一般为输出PINVDDVo第七章集成电路常用器件版图静电放电ESD保护VDDVo第七章集成电路常用器件版图静电放电ESD保护输入PIN的ESD保护电路目标：保证连接到核心电路的I点电压低于栅氧击穿电压D1，D2的面积要大，以吸收大部分的电流，构成第一级保护Rs的典型值从几百~几千欧姆，一般为多晶导线电阻或扩散区电阻，宽度要大一些，以免被大电流烧坏。D3，D4与Rs一起构成第二级保护，面积可以小一些。VDDD1D2D3D4RSESD保护电路第七章集成电路常用器件版图静电放电ESD保护VDDD1D第七章集成电路常用器件版图电阻-二极管保护电路

1.基本原理R2为N+电阻，起延迟、缓冲作用，防止外来高电压直接作用于MOS管的栅极。阻值一般在几十左右。padVDDMPMNVSSR1R2Dn1Dp1第七章集成电路常用器件版图电阻-二极管保护电路

1.MOS晶体管保护电路

1.基本原理利用保护管NMOS和PMOS的饱和导通或沟道穿通效应以及漏极寄生二极管完成静电泄放。保护管W/L要足够大以便获得小的导通电阻，并采用抗闩锁的保护环结构。R为N+电阻，起延迟、缓冲作用。padVDDMPMNVSSR第七章集成电路常用器件版图MOS晶体管保护电路

1.基本原理利电阻-二极管保护电路

版图示例第七章集成电路常用器件版图电阻-