互補式金氧半積體電路中靜電放電引起之故障分析

Abstract

積體電路在製造, 包裝, 測試, 搬運, 儲存及使用時可能因機器式操作者摩擦生電 , 或積體電路本身因摩擦而造成電荷累積, 一旦接觸到積體電路或有適當的接地路徑造 成靜電放電, 由此可能產生積體電路里面元件的損壞。 本論文探討靜電放電對個別元件及保護電路有何影響, 依此研究保護線路組成元件在 遭受靜電放電時可能損壞的原因及損壞程度, 以及保護電路的設計技巧, 循此而設計 保護電路, 加強線路元件結構以增加積體電路對靜電放電承受能力, 元件中包括厚氧 層金氧半及薄氧層金氧半電晶體, 前者文中研究兩種不同的結構作為設計參考, 其中 最大差別是利用輸入端的有效週邊作為散熱, 發現此法確實有很大功用, 另外薄氧層 金氧半電晶體則著重金屬接觸到多晶矽以及擴散層的距離, 發現到多晶矽的距離愈大 愈好，因為有較大的散熱面積而到擴散層的距離則有不同的表現。 依此設計的保護電路包括作為第一層保護的厚氧層金氧半電晶體以及作為第二層保護 的擴散電阻和薄氧層金氧半電晶體，實驗發現利用寬度二百微米的厚氧層金氧半電晶 體便可達到二仟伏以上的電壓標準，根據損壞分析發現在於輸入汲極端和五伏電源端 ，此外也發現在汲極端作額外的保護電阻反而影響靜電放電的電壓表現，這是因為電 阻增加了汲極端的功率消耗，且讓厚氧層金氧半電晶體開通的時間可和薄氧層金氧半 電晶體相仿，因此保護效果大打折扣，實驗還發現以多晶矽取代擴散電阻，靜電放電 電壓有稍為下降的情況，這是因為多晶矽容易發生熔化的結果。