[發明專利]靜電放電電路及使靜電電流耗散的方法

有效

• 申請號: 200810108758.1
• 申請日: 2006-01-06
• 公開（公告）號: CN101350348A
• 公開（公告）日: 2009-01-21
• 發明（設計）人: 全燦熙;金漢求;張成必
• 申請（專利權）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H02H9/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 陶鳳波

本申請是2006年1月6日提交的第200610005724.0號專利申請的分案申請。?

技術領域

本發明涉及一種靜電放電電路及使靜電電流耗散的方法。?

背景技術

電氣過應力或EOS是指由于過量電壓、電流和/或功率而引起的電路毀壞。?

EOS通常是由于不適當地施加激勵給電路所引起的，無論該電路仍在制造線上被測試或其已經投入使用。簡單的承插違反動作、例如電路定向錯誤和移位能引起EOS損壞，尤其是在要用于電源管腳的電壓將施加給應力敏感的或功率受限的管腳的條件下。在激勵源中不適當的激勵設置或電壓尖脈沖也是EOS損壞的常見原因。?

EOS損壞不總是明顯的。一些EOS事件根本就沒有留下明顯的物理現象。即使沒有觀察到物理異常，這類EOS事件也仍然能反映出受影響的元件功能喪失。微弱的EOS事件也可能出現，僅僅改變了受影響元件的參數性能，但是仍然影響了電路的整體性能。?

靜電放電(ESD)和閉鎖是EOS的兩種特殊情況。?

靜電放電(ESD)是通過一般為絕緣體的材料的電流瞬時流動。絕緣體兩端的大電勢差可以產生一強電場，其把材料的原子轉變成使傳導電流的離子。?

靜電放電(ESD)還可以定義為當處于不同電勢的兩個物體得以直接相互接觸時通常所導致的在兩個物體之間靜電電荷的單次發生的快速轉移。?

因為集成電路由例如硅的絕緣材料制成，其如果暴露于高壓下能被擊穿，所以ESD是在半導體工業中器件失效的主要原因。集成電路的制造商?和用尸必須采取預防措施來避免和/或解決ESD。?

當充電的器件得以接觸其它器件、例如集成電路時，尤其是當集成電路的部分連接至含有地的電源時，累積的靜電電荷可以迅速釋放。靜電放電通過引起集成電路內氧化物或其它薄膜的電介質擊穿而可以造成對集成電路的損壞。?

電介質擊穿是指電介質層的破壞，通常是由跨接電介質層的過度電勢差或電壓所引起的。電介質擊穿可以表現為在擊穿點處的短路或漏電。?

SiO₂擊穿被認為是由電荷注入引起的，并可以分解成兩個階段。在第一階段期間，由于外加跨接其的電壓的結果，電流開始流過氧化物。由于電荷被捕獲在氧化物中，那么就形成了高電場/高電流區。最終，這些異常區達到第二階段、即氧化物加熱并使更大的電流流動的臨界點。這產生了快速導致氧化物物理毀壞的電和熱失控。?

由集成電路中p-n結的反向擊穿引起的、高于導通集成電路的相對小的面積的正常水平也可以造成集成電路損壞。?

閉鎖屬于失效機理，其中寄生閘流晶體管(例如寄生硅可控整流器，或SCR)無意地產生在電路內，一旦電流被意外地觸發或導通，引起大電流量連續流過電路。取決于所包含的電路，由該機理產生的電流流動的量可能足夠大到足以造成器件由于電氣過應力(EOS)而永久損壞。?

SCR是三端、四層的p-n-p-n器件，其基本上包括PNP晶體管和NPN晶體管。在正常狀態下SCR截止，但一旦在其柵極處被觸發，將按一個方向(從陽極到陰極)導通電流，而且只要通過其的電流停留在保持電平以上就將這樣連續地導通電流。觸發PNP晶體管的發射極導通使電流注入進NPN晶體管的基極。這樣驅動了PNP晶體管導通，其進一步使NPN晶體管的發射極-基極結正向偏置，使NPN晶體管把更多的電流饋送進PNP晶體管的基極。從而，NPN晶體管和PNP晶體管相互饋送電流使它們都保持在飽和。?

能使寄生閘流晶體管觸發成閉鎖狀態的事件包括過量的電源電壓、I/O管腳處的電壓超過電壓干線一個以上的二極管壓降、多電源電壓的不適當的排序、以及各種尖峰脈沖和瞬變現象。一旦觸發導通，那么產生的電流流量可以取決于沿電流路徑的電流限制因素。在不能充分限制電流的情況下，可能出現EOS損壞、例如金屬燒斷(metal?burn-out)。?

圖1示例了用于控制ESD的傳統的SCR。如圖1中所示例的，傳統的SCR可以包括例如n型的第一擴散層2、例如p型的第二擴散層4、例如n型的第三擴散層6和例如p型的第四擴散層8。傳統的SCR還可以包括n阱10、p阱12、例如V_DD焊盤的第一焊盤13和例如V_SS焊盤的第二焊盤14。?