ESD保护电路中GGNMOS的建模及仿真

摘要

为了能在芯片设计阶段更好地进行ESD保护电路的设计改进，需要一个专门针对ESD保护电路/器件的完善且精确的模拟工具。本着这一目的，本文建立了专用于ESD保护电路中GGNMOS的模型结构。主要内容包括：二次击穿前及二次击穿点的建模仿真，基于这两个模型的全模型结构和基于全模型结构的优化设计仿真。由于二次击穿电流It2是评价GGNMOS的ESD承受能力标准，因此建模范围从LNPN管开启前到二次击穿点，二次击穿点也是模型的边界条件。 第三、四章详细介绍了二次击穿前与二次击穿点的建模仿真，它是基于GGNMOS在ESD应力下的各种工作特性而展开的，包括对各区域进行模型推导建立，对模型参数进行提取并建立数值模型和仿真。 第五章建立的全模型结构是对第三、四章模型的总结与优化。把样品的工艺参数等输入到全模型结构中，模拟仿真得到的结果与TLP测试过程结果进行分析比较，证实了模型的可行性。全模型结构的特点是它具有通用性，因此可基于全模型结构分析不同工艺参数的GGNMOS对ESD性能的影响，验证了“栅长减小其ESD强度增强”这一结论。最后设计了一个优化的GGNMOS器件结构即添加N阱的多指条GGNMOS，对其提出了相应的全模型结构，模拟仿真后得出与理论分析相符的结论，即N阱多指条GGNMOS的ESD承受能力比单指条无阱GGNMOS的大很多。 研究中所建立的模型与其它模拟工具的不同之处在于它的专用性及完整性，即考虑了ESD应力下各种特殊效应且专用于ESD保护电路中的GGNMOS。具体表现在：1)，基于ESD下GGNMOS特有的LNPN管开启及泄放电流的作用，把雪崩击穿和LNPN管的特性结合起来；2)，基于ESD下特有的大电流特性，考虑大电流下的电流增益下降效应；3)，基于ESD下GGNMOS的二次击穿特性，考虑器件的电热效应，即建立了二次击穿温度模型、热源模型及电热模型，且在参数提取模型中考虑了温度对各种参数的影响；4)，为了使建立的模型能在各种工艺参数的GGNMOS中通用，从物理级和器件级来推导模型及提取参数，且把参数模型结合到全模型中，使得输入工艺参数到全模型中就能得到模拟结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 ESD保护电路的简介

1.1.1 ESD

1.1.2 ESD对电子产品的危害

1.1.3集成电路中的ESD保护电路

1.2研究的意义和目的

1.2.1国内外模拟工具介绍

1.2.2本文的研究目的

1.3本章小结

第二章GGNMOS的特性分析及总体建模设想

2.1 ESD保护器件GGNMOS的特性分析

2.1.1 GGNMOS的保护机理

2.1.2 GGNMOS二次击穿的损伤机理

2.2总体建模设想

2.3本章小结

第三章GGNMOS二次击穿前的建模仿真

3.1 LNPN管开启前建模

3.1.1 LNPN管开启前模型推导和建立

3.1.2模型的参数提取及模拟仿真

3.2 LNPN开启后建模

3.2.1 LNPN开启后模型推导和建立

3.2.2模型的参数提取与模拟仿真

3.3本章小结

第四章二次击穿点的建模仿真

4.1模型的推导与建立

4.1.1击穿点温度模型

4.1.2热源模型

4.1.3电热模型

4.2模型的参数提取及模拟仿真

4.3本章小结

第五章全模型结构及基于模型的优化设计仿真

5.1电热模型的优化

5.2全模型结构

5.3模拟与TLP测试结果

5.3.1样品TLP测试结果

5.3.2样品全模型模拟结果

5.3.3模拟与测试数据比较分析

5.4基于模型的优化设计仿真

5.4.1基于模型作器件结构影响分析

5.4.2 n指条GGNMOS的建模仿真

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢