一种碳基集成电路的静电防护方法技术

一种碳基集成电路的静电防护方法，属碳基集成电路的静电放电与浪涌即电过应力瞬态脉冲防护领域

【技术实现步骤摘要】
一种碳基集成电路的静电防护方法


[0001]本专利技术属于碳基集成电路的静电放电
(ESD)
瞬态脉冲防护领域，涉及一种碳基集成电路的
ESD
防护电路结构，具体涉及一种碳基集成电路的双向静电防护方法，可用于提高碳基集成电路的可靠性
。

技术介绍

[0002]随着半导体工艺尺寸的缩小，集成度不断增大，硅基器件逐渐逼近其物理极限，摩尔定律逐渐不适用
。
为了延续和拓展摩尔定律，满足信息社会对计算与存储数据的高能效需求，碳基电子技术已成为硅基电子技术的重要补充，业内开始不断探索碳基集成电路
。
在碳基电子器件替代硅基电子器件的过程中，除碳纳米管
(CNT)
阵列生长晶向与长度控制相关的材料
、
结构
、
工艺波动以及功耗问题外，
CNT
场效应管
(FET)
及其相关碳基集成电路的可靠性问题也急需解决
。ESD
是影响碳基集成电路可靠性的主要原因
。
碳基集成电路尤其是
CNTFET
及其芯片，在生产
、
运输与应用过程中，对
ESD
更加敏感，不可避免会易受到其损坏，影响系统整体的正常工作
。
因此，提高碳基集成电路的
ESD
防护能力，有利于提高碳基器件
、
电路及其电子系统良率，提升电子系统的性能与效能
。
研究碳基集成电路的
ESD
防护技术具有重要的科研意义与经济价值
。
[0003]常见的碳基材料有二维石墨烯
、
一维
CNT
，
CNT
可由石墨烯卷曲形成管状分子，具有极高的电子和空穴迁移率
。
相对于硅基半导体，
CNT
的电子迁移率提高了数十倍，且电子在
CNT
中传输能量损失微小，空穴迁移率提高了数百倍
。CNT
的这些特点有利于制备速度更高
、
功耗更低的电子器件
。
另外，
CNT
的直径只有
1nm
左右，本征电容很小，呈现出良好的栅控特性，有利于抑制短沟道效应，能够制备小尺寸器件
。
目前业界提出的碳基集成电路的
ESD
防护方案还比较匮乏，高效能
ESD
防护是碳基集成电路快速发展及产业化的必要措施
。
本专利技术碳基
ESD
防护电路不仅具有低电压触发
、
小回滞
、
快速开启等优点，还能依托高电导率特性，增强
CNTFET
及其电路的过流能力，增强
ESD
鲁棒性
。

技术实现思路

[0004]针对碳基集成电路速度高
、
功耗低
、
电容小等防护需求，本专利技术提出了一种碳基集成电路的静电防护方法
。
本专利技术通过设计多电流泄放路径来进一步增强器件的
ESD
鲁棒性；通过在电路中加入栅接低电位
P
型
CNT
晶体管结构以及栅接高电位
P
型
CNT
晶体管结构，可实现低功耗
、
低压触发和闩锁免疫特性
。
此外，通过设计金属与
CNT
的肖特基接触，利用肖特基势垒
P
型
CNT
晶体管结构的双极性特性，提高开启速度，增强泄流能力，避免防护电路未即时开启导致被保护电路损坏；通过设计巧妙的金属布线和电路结构，实现双向防护特性，使电路的防护效能进一步提高
。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种碳基集成电路的双向静电防护方法，所述静电防护电路主要由二氧化硅衬底
、
第一金属
A、
第一碳纳米管网络
、
第一氧化层
、
第二金属
A、
第三金属
A、
第二碳纳米管网
络
、
第二氧化层
、
第四金属
A、
第五金属
A
构成；
[0007]其中，在所述二氧化硅衬底表面的上方从左至右依次设有所述第一金属
A、
所述第一碳纳米管网络
、
所述第三金属
A、
所述第二碳纳米管网络
、
所述第五金属
A
，所述第一金属
A
的右侧边缘与所述第一碳纳米管网络的左侧边缘相连，所述第三金属
A
的左侧边缘与第一碳纳米管网络的右侧边缘相连接，所述第三金属
A
的右侧边缘与第二碳纳米管网络的左侧边缘相连接，所述第二碳纳米管网络的右侧边缘与所述第五金属
A
的左侧边缘相连；
[0008]在所述第一碳纳米管网络的表面上方区域从下至上依次设有所述第一氧化层
、
所述第二金属
A
；
[0009]所述第一氧化层的下侧边缘与所述第一碳纳米管网络的上侧边缘相连接，实现第一碳纳米管网络被第一氧化层全覆盖，增强
ESD
器件的抗氧化性，所述第二金属
A
的下侧边缘与所述第一氧化物的上侧边缘相连接，所述第二金属
A
的左侧边缘与所述第一金属
A
的右侧边缘设有一定间距，所述第二金属
A
的右侧边缘与所述第三金属
A
的左侧边缘设有一定间距，避免发生短路问题；
[0010]在所述第二碳纳米管网络的表面上方区域从下至上依次设有所述第二氧化层
、
所述第四金属
A
；
[0011]所述第二氧化层的下侧边缘与所述第二碳纳米管网络的上侧边缘相连接，实现第二碳纳米管网络被第二氧化层全覆盖，增强
ESD
器件的抗氧化性，所述第四金属
A
的下侧边缘与所述第二氧化物的上侧边缘相连接，所述第四金属
A
的左侧边缘与所述第三金属
A
的右侧边缘设有一定间距，所述第二金属
A
的右侧边缘与所述第五金属
A
的左侧边缘设有一定间距，避免发生短路问题；
[0012]所述第一金属
A
与第一金属
B
相连，所述第二金属
A
与第二金属
B
相连，所述第三金属
A
与第三金属
B
相连，所述第四金属
A
与第四金属
B
相连，所述第五金属
A
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种碳基集成电路的静电防护方法，其特征在于，所述静电防护电路包括衬底
(100)、
第一金属
A(101)、
第一碳纳米管网络
(102)、
第一氧化层
(103)、
第二金属
A(104)、
第三金属
A(105)、
第二碳纳米管网络
(106)、
第二氧化层
(107)、
第四金属
A(108)、
第五金属
A(109)
；其中，在所述衬底
(100)
表面的上方从左至右依次设有所述第一金属
A(101)、
所述第一碳纳米管网络
(102)、
所述第三金属
A(105)、
所述第二碳纳米管网络
(106)、
所述第五金属
A(109)
，所述第一金属
A(101)
的右侧边缘与所述第一碳纳米管网络
(102)
的左侧边缘相连，所述第三金属
A(105)
的左侧边缘与第一碳纳米管网络
(102)
的右侧边缘相连接，所述第三金属
A(105)
的右侧边缘与第二碳纳米管网络
(106)
的左侧边缘相连接，所述第二碳纳米管网络
(106)
的右侧边缘与所述第五金属
A(109)
的左侧边缘相连；在所述第一碳纳米管网络
(102)
的表面上方区域从下至上依次设有所述第一氧化层
(103)、
所述第二金属
A(104)
；所述第一氧化层
(103)
的下侧边缘与所述第一碳纳米管网络
(102)
的上侧边缘相连接，实现第一碳纳米管网络
(102)
被所述第一氧化层
(103)
全覆盖，增强
ESD
器件的抗氧化性，所述第二金属
A(104)
的下侧边缘与所述第一氧化物
(103)
的上侧边缘相连接，所述第二金属
A(104)
的左侧边缘与所述第一金属
A(101)
的右侧边缘设有一定间距，所述第二金属
A(104)
的右侧边缘与所述第三金属
A(105)
的左侧边缘设有一定间距，避免发生短路问题；在所述第二碳纳米管网络
(106)
的表面上方区域从下至上依次设有所述第二氧化层
(107)、
所述第四金属
A(108)
；所述第二氧化层
(107)
的下侧边缘与所述第二碳纳米管网络
(106)
的上侧边缘相连接，实现第二碳纳米管网络
(106)
被所述第二氧化层
(107)
全覆盖，增强
ESD
器件的抗氧化性，所述第四金属
A(108)
的下侧边缘与所述第二氧化物
(107)
的上侧边缘相连接，所述第四金属
A(108)
的左侧边缘与所述第三金属
A(105)
的右侧边缘设有一定间距，所述第二金属
A(108)
的右侧边缘与所述第五金属
A(109)
的左侧边缘设有一定间距，避免发生短路问题；所述第一金属
A(101)
与第一金属
B(201)
相连，所述第二金属
A(104)
与第二金属
B(202)
相连，所述第三金属
A(105)
与第三金属
B(203)
相连，所述第四金属
A(108)
与第四金属
B(204)
相连，所述第五金属
A(109)
与第五金属
B(205)
相连；所述第一金属
B(201)
与所述第一金属
C(206)
相连，所述第二金属
B(202)、
第三金属
B(203)、
第四金属
B(204)
均与所述第二金属
C(207)
相连，所述第五金属
B(205)
与所述第三金属
C(208)
相连；从所述第一金属
C(206)
引出第一电极
(301)
，用作防护电路的第一电学应力端，从所述第三金属
C(208)
引出第二电极
(302)
，用作防护电路的第二电学应力端
。2.
根据权利要求1所述的一种碳基集成电路的静电防护方法，其特征在于，所述衬底
(100)
为绝缘且适合制备碳基集成电路的材料，有效降低衬底寄生效应，同时还具备很好的散热性能，利用所述碳纳米管网络作为准一维度材料的优势，同时利于其他的系统级电路在衬底实现集成
。3.
根据权利要求1所述的一种碳基集成电路的静电防护方法，其特征在于，所述第一氧化层
(103)
以及第二氧化层
(107)

【专利技术属性】
技术研发人员：梁海莲，徐健，顾晓峰，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：