静电放电(ESD)已成为影响集成电路(IC)及电子产品可靠性的一个主要因素。虽然传统CMOS工艺IC产品的ESD防护已得到密切关注与广泛应用,但是Bipolar-CMOS-DMOS(BCD)工艺高压IC的ESD防护,因被保护电路常具有大电压、大电流、热插拔及电磁兼容等特点,传统的ESD防护器件如二极管、金属-氧化物-半导体场效应管(MOS)、可控硅(SCR)等,一般无法直接应用到高压IC的片上ESD防护,导致高压IC的ESD防护还面临着严峻的挑战。鉴于此,本论文将针对高压IC制备工艺特点及其ESD设计需求,研究高压功率IC的ESD防护方法,分析高压ESD防护器件的工作特性及原理,设计高性能的ESD防护器件,这对提高高压IC及电子产品的可靠性具有重要的科学意义和应用价值。论文首先简要介绍了ESD的测试模型、测试方法和ESD设计窗口的概念;阐述了二极管、双极型晶体管(BJT)、栅接地N沟道MOS(ggNMOS)管和可控硅(SCR)、横向扩散金属氧化物半导体-可控硅(LDMOS-SCR)等ESD防护基本单元的工作原理,利用计算机辅助工艺设计(TCAD)仿真工具,分析了器件在ESD应力下的内部物理机制,归纳了不同器件的ESD特性及其应用场合。其次,分析了双向SCR器件结构在高压ESD防护中的特点及工作原理,讨论了n-p-n和p-n-p阱型结构的双向SCR器件在ESD应力作用下的物理机制差异。重点针对n-p-n阱型双向SCR器件,通过传输线脉冲测试(TLP)和TCAD仿真,研究了p阱接地对其ESD防护性能的影响。实验结果表明,通过p阱接地,n-p-n阱型双向SCR的维持电压可从12.8 V提高到25.6 V。此外,还分析了p阱宽度对n-p-n阱型双向SCR器件漏电流的影响。再次,设计了一种内嵌反偏二极管的LDMOS-SCR器件,并基于0.35μm BCD工艺进行了流片制备。在多次反复的非破坏性TLP测试条件下,与相同制备工艺的LDMOS-SCR相比,内嵌反偏二极管的LDMOS-SCR的触发电压和ESD鲁棒性变化不明显,但维持电压可从2.7 V增至8.5 V。这种物理机制的差异同样存在于SCR器件与内嵌反偏二极管的SCR器件之间,由此提出了一种在SCR或LDMOS阳极端引入浮空p+注入区,以形成内嵌反偏二极管结构来提高SCR类器件维持电压的方法;该方法可为高压ESD防护器件的设计提供有益的参考。最后,本论文还提出了一种PMOS管触发高压LDMOS-SCR器件,通过在器件内部内嵌一个PMOS结构,一方面可提高LDMOS-SCR器件的触发速度,降低触发电压,另一方面可降低寄生SCR结构中寄生BJT的电流增益,提高器件的维持电压,增强抗闩锁能力。利用TCAD仿真工具,分析与研究了这种新型器件在ESD应力下的工作机理,验证了器件设计的可行性。