静电放电 (ESD) 引起的损坏是集成电路的主要失效之一。在当今集成电路所采用的 7nm FinFET 工艺中,由于 FinFET 栅极氧化层的厚度减小以及高 k 电介质的可靠性较低,在静电放电 (ESD) 冲击下极其脆弱[1-3],并且遭遇非致命的 ESD 冲击后,ESD 保护性能会逐渐下降[4,5]。一些 ESD 建模和仿真技术已被用于 FinFET 工艺,以帮助分析 ESD 冲击下的 ESD 保护特性[6-9]。ESD 保护二极管被认为是一种很有前途的 ESD 保护器件[6-8]。具有高鲁棒性的二极管串硅控整流器 (DSSCR) 也被认为是以前技术节点的 ESD 保护装置 [ 10 – 15 ],但由于其高漏电和闩锁的较大回弹,它不再适用于 7 nm 技术。FinFET 工艺的 ESD 设计仍然是一个巨大的挑战。目前还没有一种具有足够低触发电压 (Vt) 和高故障电流 (It2) 的高鲁棒性 ESD 保护装置。在本文中,我们提出了一种基于 7 nm FinFET 工艺的新型硅控整流器嵌入式二极管 (SCR-D)。制造并分析了具有不同关键设计的这种保护的特性。
随着集成电路规模的不断缩小,静电放电 (ESD) 已成为影响集成电路可靠性的关键因素。[1] 目前,超过三分之一的芯片损坏与 ESD 有关,迫切需要可靠有效的 ESD 防护设计。ESD 防护设计存在许多难点,例如在期望高稳健性和小尺寸的同时满足设计窗口。传统的 ESD 防护器件例如 GGNMOS、二极管、NPN 和 RC 电源钳位通常占用大量的芯片面积。[2] 为了减轻集成电路中每个 I/O 引脚的 ESD 防护对硅片的消耗,可控硅 (SCR) 因其最高的稳健性和最小的尺寸成为各种 ESD 防护器件中最具吸引力的选择。[3] 然而,SCR 固有的再生反馈机制会导致深度回跳和相对较小的保持电压,造成闩锁效应。 [4] 另外,随着保持电压的提高,ESD器件的瞬态功耗必然增大,导致ESD故障电流(It2)急剧下降。因此,在保持足够高的故障电流的同时提高保持电压是极其困难的。人们致力于提高SCR的保持电压。[5-8] 最简单的方案是扩大SCR阳极和阴极之间的距离,[5] 但这种方法效率低,不足以实现闩锁效应。