静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)是日常生活中的常见现象,它与半导体可靠性问题联系紧密。在集成电路产业中,ESD失效在总失效模式中占据了很大比例,造成了大量的经济损失,随着工艺线宽的不断缩小,半导体制造技术的不断创新,ESD问题将会更加严重,因此研究ESD保护对于提高半导体可靠性非常必要。本文首先介绍了ESD保护的基本理论,阐述了人体模型(HBM)、机器模型(MM)、组件充电模型(CDM)三种ESD放电物理模型以及TLP与电子抢的测试方法。其次介绍了CMOS工艺下常用的保护器件,包括二极管特性曲线分析,反向雪崩击穿电压的公式推导;电阻在用作ESD保护时的具体应用范例;MOSFET在两种不同导电模式下的优缺点;SCR降低触发电压与维持电压的方法与原理。随后基于0.6μm CMOS工艺,对常用ESD保护器件流片实现、TLP测试分析总结出它们在该工艺下的ESD性能表现。重点针对SCR类保护器件,通过结构优化,尺寸调节等措施不断降低触发电压,提高维持电压;并设计出一种具有低触发电压的新型GCSCR结构,当ESD脉冲来临时,通过内嵌RC网络来触发开启NMOS,开启后的NMOS衬底电流流经衬底电阻开启NPN结构,进而开启SCR。该结构先通过仿真观察其电势分布与电流路径验证了它的工作原理,流片实现后也表现出不错的ESD性能。最后介绍了用于板级电路ESD保护的器件TVS及其阵列,介绍了它的应用场合以及特性,根据需求指标,设计出了三种用于1.8V低压电路的ESD保护器件。它们都是基于外部辅助电路注入电流从而正向偏置寄生BJT发射结开启SCR,实验结果表明,当改变辅助触发电路的堆叠二极管或NMOS的个数和宽度时可以设计出具有不同触发电压的SCR结构,该结构具有很大的设计灵活性。