TLP

傳輸線脈衝發生器

TLP: Transmission Line Pulse，傳輸線脈衝發生器，是一種集成電路靜電放電防護技術的研究測試手段。與傳統的HBM、MM、CDM、IEC模型不同，傳輸線脈衝發生器發出的是靜電模擬方波，而傳統模式發出的則是RC-LC模式的脈衝波形，與之相對應的，傳統的HBM等波形更直接的模擬了現實中的某種靜電形式，而TLP通過調節上升沿和脈衝寬度，間接地模擬了這些靜電脈衝形式的損傷能力和不同上升沿CLAMP觸發能力。由於使用了方波，TLP可以通過每次施加一個脈衝，獲得一個I-V點的方式，一直施加不同幅值的電流直到測量泄露電流（Leakage)判定失效為止，即可獲得完整的器件在ESD過程中的I-V曲線，而這種曲線，則可以用於集成電路ESD防護設計的模擬，達到集成電路ESD防護結構設計目的。同樣由於使用了方波，還可以發現器件在ESD過程中的響應情況，包括開啟過程、關斷過程；由於一般器件開啟時都有snapback問題，而這種問題對於超深亞微米器件是致命的，因此這種測試技術對用於解決CDM模型的ESD防護結構研究至關重要；同時，近期利用MOS特性設計的超快超低壓開啟CLAMP結構越來越重要，這種結構完全依賴MOS的柵極耦合電壓，發現其關斷特性，獲得開啟與關閉的良好平衡點，此測試技術的意義也非常重要。正是因為該設備的重要性，ESD/EOS會議ESD研究論文中，使用到該設備的論文達到了近80% 。

1TLP設備原理 2TLP脈衝與各靜電放電模型之間的異同 3HBM模型ESD IV曲線測試技術存在的問題

4技術研發歷程 5技術服務情況

TLP設備原理

二次擊穿電流是器件能承受的最大ESD電流，當ESD電流超過此值時，器件無法恢復原來特性。由於中定義了HBM模型人體放電電阻的大小為1500歐姆，因此可知HBM模型下器件的最大ESD承受電壓為

同樣，對於其他（CDM、MM等）的靜電模型，在相同損傷能量下，TLP與各種靜電模型均有近似的等效關係，同時考慮到上升沿的觸發效應，因此，一般會使用相近的脈寬和上升沿進行等效，通過進一步的影響評估，即可確認合適的不同模型靜電等效方波，通過方波測出上述曲線，即可用於該靜電模型下的ESD防護設計模擬，利用測試波形結果中的開啟-關端特性，即可知道器件在相應模型下的響應情況。而對於IEC、火花放電等兩/三階段模型，則需要通過分階段（如超快階段和普通階段）進行測試分析。

TLP脈衝與各靜電放電模型之間的異同

TLP脈衝是各靜電放電模型的近視模擬手段，是ESD防護技術研究的核心手段，但與傳統ESD脈衝形式又有不能替代的成份。在不能替代性方面，TLP脈衝式方波，與真實情況有一定的出入，雖然可以近視模擬，但總是會有一定的差別，完全採信TLP結果，可能會導致考核值與其它廠家的設備有一定的差異，更有甚者，由於晶元的電荷存儲效應，不同廠家的ESD測試設備之間測試結果也有一定的差異；此外，TLP系統是超快脈衝，輕微的寄生即可導致波形畸變，多通道的TLP系統在實現上難度較大，因此，替換常規ESD測試設備的可行性較弱。相同方面，TLP設備科模擬各種形式的ESD脈衝，在靜電損傷和上升沿觸發兩方面都可以提供近似的模擬，因此，也可以認為兩者是一致的。而在這種近似認同下，則TLP可以提供ESD過程中的IV、IT、VT三種不同的關鍵曲線，而這種曲線是其它模型所不能提供的。

HBM模型ESD IV曲線測試技術存在的問題

最近報道了一種採用HBM設備解決ESD IV曲線的測試方法，這種方法採用擬合的方式，提供了一條在一次ESD脈衝下獲得的完整IV曲線。由於ESD脈衝為瞬間脈衝，ESD脈衝幅值在時間和空間上都是變化的，並且這種變化接近光速，由於HBM ESD脈衝發生器自身的結構特性，使得其在電流-電壓時間同步方面存在一定的問題，此外，由於這種設備的結構特性，寄生電感產生的過沖問題也難於抑制，甚至寄生電阻的影響也需要採用數據處理的方式獲得。在上述問題中，電流-電壓時間同步問題雖然可採用示波器的時間校準部分克服，但寄生電感引起的過沖問題和寄生電阻影響的直接消除問題任然存在較大的難度，如果不消除這兩種影響，一方面信息主要關注的是最大值，而過沖問題會將其掩蓋，另一方面電阻通常只有1歐姆不到，而扎針、測試系統寄生等的影響與此同一數量級，導致測試時數據不穩定甚至有較大的錯誤。

技術研發歷程

國際上，早在1985年Maloney等人就提出了這種ESD模擬方法，並得到了廣泛的應用。相對原型機的提出，產品機型的出現相對較晚，其中Barth公司的Jon E. Barth和Oryx公司的Evan Grund在這個領域做了比較出色的工作，並為社會提供了達到工業化水平的TLP設備。台灣交通大學的柯明道教授是亞太區TLP研究的先驅之一，並將其研究成果做了充分的公布，國內西安電子科技大學（目前在信息產業部電子第五研究所）的羅宏偉最早引入了TLP測試技術概念，中國科學院微電子研究所的曾傳濱開發了國內首套TLP設備，並可為社會提供滿足各種ESD模型需求的TLP模擬技術。

技術服務情況

由於對TLP設備的認識不充分以及設備價格昂貴，導致國內ESD防護技術的研究一直落後，根據2009年的統計結果，在中國大陸申請的ESD防護技術專利中，由大陸公司申請的專利不足15% ，並且這些專利很大一部分還是由高校研究所申請的，加快TLP在ESD研究中的應用，對我國ESD防護技術的發展至關重要。目前，中國大陸可以提供TLP的單位主要包括：浙江大學、中芯國際、信息產業部電子第五研究所、中國科學院微電子研究所等，其中浙江大學的TLP是我國引進最早的TLP設備，為我國ESD防護技術研究做出了重要貢獻，中國科學院微電子研究所TLP設備在2012年以前為手動設備，2012年後成功開發了HOXI-I型自動TLP系統，並可以提供脈寬、上升沿、0-20A（最大可到40A）的TLP脈衝，基本可模擬現有的所有靜電脈衝形式。在設備銷售方面，Barth、Oryx、Thermo Scientific和Binnovation公司等。

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