工业芯片可靠性设计

第1章 常见电过应力的来源与表征 1 1.1 电过应力的来源 1 1.1.1 概述 1 1.1.2 静电与静电放电 2 1.1.3 浪涌 6 1.1.4 闩锁 14 1.2 电过应力的表征 20 1.2.1 静电放电的表征 20 1.2.2 浪涌的表征 32 1.2.3 闩锁的表征 35 本章要点 43 综合理解题 43 第2章 片上防护设计通论 45 2.1 概述 45 2.1.1 电过应力防护途径 45 2.1.2 片上防护要求 46 2.1.3 防护设计窗口 49 2.1.4 失效判据 50 2.2 片上防护器件 52 2.2.1 基于二极管 52 2.2.2 基于MOS 66 2.2.3 基于SCR 82 2.2.4 基于BJT 99 2.2.5 综合比较 102 2.3 电源钳位 104 2.3.1 电源钳位的必要性 104 2.3.2 静态钳位 105 2.3.3 瞬态钳位 108 2.3.4 钳位电路的优化 112 2.4 片上防护架构 118 2.4.1 输入防护架构 119 2.4.2 输出防护架构 125 2.4.3 电源钳位架构 128 2.4.4 总体防护架构 135 本章要点 140 综合理解题 141 第3章 片上防护设计专论 143 3.1 RF CMOS防护 143 3.1.1 RF性能与片上防护的相互影响 143 3.1.2 RF寄生效应分析 145 3.1.3 RF CMOS防护设计 153 3.1.4 RFESD协同设计 162 3.2 功率芯片防护 172 3.2.1 基于LDMOS 173 3.2.2 基于BJT 177 3.2.3 基于SCR 180 3.2.4 电源钳位 188 3.3 其他专用电路防护 189 3.3.1 高速CML缓冲I/O防护 189 3.3.2 混合电压I/O防护 192 3.3.3 模拟放大器防护 196 3.4 片上安全防护设计 200 3.4.1 从芯片安全到安全芯片 200 3.4.2 硬件木马及对策 202 本章要点 210 综合理解题 211 第4章 片上防闩锁设计 213 4.1 工艺设计 213 4.1.1 外延CMOS工艺 213 4.1.2 倒阱掺杂工艺 215 4.1.3 隔离工艺 217 4.1.4 三阱CMOS工艺 224 4.1.5 高掺杂埋层工艺 227 4.1.6 不同工艺的结合应用 230 4.2 版图设计 234 4.2.1 内部保护环 235 4.2.2 I/O保护环 239 4.2.3 有源保护环 246 4.2.4 设计规则 247 4.3 电路设计 249 4.3.1 片上防护电路的防闩锁优化 249 4.3.2 防闩锁控制电路 256 4.3.3 多电源轨的防闩锁设计 259 4.3.4 无源与有源瞬态钳位电路 262 本章要点 264 综合理解题 264 第5章 工艺对片上防护的影响 266 5.1 工艺与材料参数的影响 266 5.1.1 关键工艺参数的影响 267 5.1.2 CMOS工艺结构的影响 271 5.1.3 互连与层间介质材料的影响 278 5.2 工艺节点缩小的影响 279 5.2.1 对片上防护设计窗口的影响 279 5.2.2 对闩锁的影响 282 5.3 纳米级器件结构的影响 284 5.3.1 从体硅衬底到SOI衬底 285 5.3.2 从平面FET到FinFET 287 5.3.3 对片上防护参量的影响 290 5.3.4 对闩锁的影响 293 5.4 新型片上防护器件 295 5.4.1 异质集成防护器件 295 5.4.2 纳米棒与石墨烯 297 5.4.3 现场可编程防护器件 299 本章要点 301 综合理解题 301 第6章 纳米CMOS器件可靠性模型与仿真 303 6.1 纳米CMOS器件可靠性面临的挑战 303 6.1.1 氧化层电场增强带来的可靠性问题 304 6.1.2 新型器件结构带来的可靠性问题 306 6.1.3 器件缩小到纳米尺度后带来的可靠性退化涨落问题 306 6.2 纳米CMOS器件可靠性退化机理 307 6.2.1 热载流子注入 307 6.2.2 偏置温度不稳定性 312 6.2.3 栅介质经时击穿 314 6.3 纳米CMOS器件可靠性模型 318 6.3.1 热载流子注入模型 318 6.3.2 BTI（偏置温度不稳定性）紧凑模型 323 6.3.3 经时击穿模型 332 6.4 纳米CMOS工艺及器件可靠性仿真 335 6.4.1 TCAD工艺仿真 335 6.4.2 TCAD器件仿真 338 6.4.3 TCAD中的退化模型 341 6.4.4 TCAD器件仿真实例 345 6.5 纳米CMOS电路可靠性仿真 348 6.5.1 早期可靠性仿真方法 348 6.5.2 用于可靠性仿真的商用工具 351 6.5.3 CMOS电路可靠性仿真实例 353 本章要点 355 综合理解题 356 357 附录A 缩略语对照表 357 附录B 各章综合理解题参考答案 363 364