【摘 要】
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静电释放（Electro-Static Discharge,ESD）是一种十分常见的自然现象。虽然对于人体而言,静电几乎不会产生任何影响,但ESD事件对于电子设备可能会造成不可逆的损伤,是集成电路（Integrated Circuit,IC）芯片损坏或失效的重要原因之一。近年来,得益于全球半导体制造技术的更新升级,IC的特征尺寸不断减小,使得IC的集成度更高、运算更快、功耗更低,但也同时让芯片对E
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静电释放（Electro-Static Discharge,ESD）是一种十分常见的自然现象。虽然对于人体而言,静电几乎不会产生任何影响,但ESD事件对于电子设备可能会造成不可逆的损伤,是集成电路（Integrated Circuit,IC）芯片损坏或失效的重要原因之一。近年来,得益于全球半导体制造技术的更新升级,IC的特征尺寸不断减小,使得IC的集成度更高、运算更快、功耗更低,但也同时让芯片对ESD事件越来越敏感。为了保证电子产品的质量和可靠性,几乎所有芯片都需要一定等级的ESD防护能力。在系统设计中,随着数据接口的传输速率和信号频率不断提高,数据接口对ESD防护器件的寄生电容要求越来越严格,这也带动了低电容瞬态电压抑制器（Transient Voltage Suppressor,TVS）的发展,防护器件的寄生电容也成为了ESD相关领域的重要研究课题。本文针对常用的低压数据传输接口提出了一种回滞型低电容TVS防护阵列和一种无回滞型低电容TVS防护阵列。其中回滞型TVS器件基于硅控整流器（Silicon Controlled Rectifier,SCR）结构,借助SCR的强ESD电流能力来降低器件需求面积以降低寄生电容,同时又利用snapback特性来增强器件钳位能力。基于简化设计的单层金属横向制造工艺,实现了低漏电流等级的TVS阵列,正向ESD电流能力高达90 m A/μm,寄生电容水平满足USB 3.2 Gen 1标准接口的要求。对于测试中反应出的不足提出了相应的改进方案,并分别通过仿真和测试验证了其有效性。无回滞型低电容TVS阵列基于二极管架构,采用导向二极管控制ESD电流泄放方向,将齐纳二极管作为核心放电管。在原先横向工艺的基础上加以优化,实现了10 n A量级的低漏电流等级,且能通过±16 A以上的TLP测试,最终得到了一款与传统工艺高度兼容且性能优异的TVS芯片,可同时对四个高速信号引脚和一个直流电源引脚进行无闩锁风险的高性能ESD防护,共模电容低至0.35 p F,差模电容小于0.1 p F。并且该芯片的各引脚均通过了IEC 61000-4-2静电标准±10 k V接触模式应力和IEC 61000-4-5浪涌标准5 A以上的应力考核,钳位性能良好。
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