多叉指MOSFET器件静电防护鲁棒性提升技巧

涛意隆

多叉指MOSFET器件静电防护鲁棒性提升技巧 [复制链接]

导语：

栅极接地NMOS是一种广泛应用的片上ESD器件结构，为达到特定ESD防护等级，一般会采用多叉指版图形式来减小器件占用的芯片面积。但是，多叉指栅极接地NMOS在ESD应力作用下，各个叉指难于做到均匀开启，无法达到预期ESD防护等级。本文从版图、器件结构、触发技术等角度介绍一些改善多叉指MOSFET静电防护器件电流泄放均匀性提升器件静电防护鲁棒性的技巧。

正文：

据文献报道，大面积叉指状静电箝制器件静电防护能力的提高并不与器件面积大小或器件叉指数目成正比。其根本原因是各个寄生三极管BJT的非均匀触发引发LDMOS器件中的电流聚集效应，导致了器件未能充分发挥防护潜能而过早失效。现有的改善多叉指MOSFET静电防护器件电流泄放均匀性的技巧包括版图布局、器件优化和增加触发电路等。

1、版图布局技巧

在传统多叉指LDNMOS器件的布局上，造成非均匀开启环境的主要原因来自寄生BJT基极电阻的差别。如图1所示为版图布局的改进，紧贴每一个NMOS管的源极插入一个P+型扩散区，可以使得多叉指NMOS器件中的每个横向NPN BJT的寄生电阻几乎接近相同。由于各个叉指具有几乎相同的基极电阻，其横向寄生NPN BJT可以几乎同时被触发开启。但是需要注意的是，各个源区由于P+扩散区的植入，布局的尺寸会有所增加；此外，如果各个叉指的衬底电阻因此而变得太小，那么所有寄生横向NPN BJT难以迅速开启保护内部电路器件的薄栅氧化层。

 

(a)

 

(b)

图1  (a)布局的顶视图；(b)X-X’方向截面图

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2024-8-2 09:53 上传

 

图2  利用栅极耦合技术的ESD防护电路

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图3  利用衬底触发技术的ESD防护电路

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图4  多米诺型多叉指器件的等效电路图

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图5  衬底自触发ESD防护电路的等效电路图

图6(a)(b)分别为采用衬底自触发技术的栅极接地NMOS结构版图和X-X’方向的剖面图，此技术通过在各个叉指的漏极插入P+扩散区作为被触发衬底的节点。中间叉指的源极与这些被触发衬底节点相连接。在布局上，由于漏极区域一般要比源极区域大一些，插入P+扩散区并不会增加整个布局尺寸。

 

(a)

 

(b)

图6 栅极接地NMOS结构衬底自触发技术，(a)版图布局；(b)X-X’方向剖面图

luominxdy

栅极接地NMOS是一种广泛应用的片上ESD器件结构，为达到特定ESD防护等级，一般会采用多叉指版图形式来减小器件占用的芯片面积。但是，多叉指栅极接地NMOS在ESD应力作用下，各个叉指难于做到均匀开启，无法达到预期ESD防护等级。本文从版图、器件结构、触发技术等角度介绍一些改善多叉指MOSFET静电防护器件电流泄放均匀性提升器件静电防护鲁棒性的技巧。