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ESD笔记(四)_击穿电压规律

规律总结:

纳米级MOS格氧瞬态击穿电压一般规律:

1.栅极氧化层越厚,相应的瞬态击穿电压越高;

2.TLP脉冲上升时间越短,网格氧化层瞬态击穿电压越低;

3.在沟道长度在微米量级时,瞬态击穿电压随着MOS随着栅氧面积的减积;

4.当沟长低于深亚微米时,瞬态击穿电压MOS减少沟长;

5.沟通长度和MOS当栅氧面积达到工艺精度最小值时,设备鲁棒性最差,栅氧瞬态击穿电压最低。

另外,在电路设计中需要注意的是,当射频电路中输入输出端需使用片上MOS电容作为滤波电容,或输入端MOS栅极暴露在ESD下面尽量避免使用最小的沟长,使用0.5um或上述沟长有利于提高栅氧击穿电压。MOS宽度W和叉指数F的乘积不能太小或太大,控制在200um左右为较好选择。

实验数据

在这里插入图片描述 首先针对两组相同宽长比(W/L)的NMOS和PMOS进行管栅氧结构TLP试验结果见表2.1, PMOS的栅氧TLP击穿电压与NMOS没有明显的差异。

其次,五组相同的叉指宽度(W)、沟长(L)和叉指数(F)的1.2V与2.5V的NMOS进行管栅氧结构TLP试验结果见表2.2。可见,厚栅氧NMOS击穿电压约为14V左右,远高于6V左右薄栅氧NMOS击穿电压。另外,由于薄栅氧MOS管道的栅氧厚度为几纳米,在纳米尺度下控制薄栅氧工艺的均钩比为2.5V的厚栅氧MOS管相对要难,造成了 1.2V MOS电压的个体差异略大。

15组沟的长度分别为0.06um变化到lOum,叉指宽度从lum变化到20um,叉指数从5变为40NMOS测试结构。分别使用10ns和0.2ns上升时间(Tr)的TLP脉冲对15组NMOS测试结果见表2.3。

可以总结出2.5V的厚栅氧MOS在TLP脉冲下的击穿电压为13 V ~15V之间,1.2V的薄栅氧MOS在TLP脉冲下的击穿电压为4V ~ 7V之间。

针对1.2V的NMOS,如图2.3所示,对比C3、C4和C可见沟长在0.5um ~ 10um范围内的变化TLP击穿电压影响不大。对比C5和C可以得出结论,沟长是0.5um叉指数从40减少到20,即MOSFET此时,栅氧面积减少了一半TLP击穿电压5.88V提高到了 6.94V。对比C7、C9、C11和C可以看出,当沟通长度从0开始时.5urn不断降低到0.06iim,栅氧面积不是主导因素,NMOS的TLP随着沟长的降低,击穿电压不断降低。对比C12~C可以看出,当沟长为0时.06um的NMOS栅氧面积不断减小WF=lum5时,TLP击穿电压降至4.25V。

通过对比表2.3中10ns上升沿和0.2ns上升沿TLP下击穿电压大部分测量MOS格氧击穿电压为0.2ns的上升沿TLP脉冲下比10ns上升沿TLP脉冲更低。这主要是因为在相同的100ns由于/ = C^,网格电容的瞬间漂移电流越大,网格氧更容易击穿失效。因dt这个,越快ESD脉冲(如CDM ESD脉冲),ESD保护装置越容易响应和打开,导致内部电路脆弱的薄氧化层结构过早损坏。

文章来源:<静电放电保护设计及先进技术下集成电路的可靠性研究>

标签: 无输出电容的瞬态增强nmos

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