用于ESD防护的GGNMOS建模与仿真

摘要

随着半导体工艺的不断进步，微电子器件的特征尺寸不断缩小，导致器件栅氧化层厚度越来越薄，内部电路也更容易受到静电放电损害而失效，因此对ESD保护电路性能的要求越来越高。为了更好地预测ESD保护电路的防护能力以便在最短的时间内设计出高性能的ESD保护电路，为其建立准确的仿真模型就显得十分重要。GGNMOS保护器件是应用最广泛的ESD防护器件之一，对它进行原理分析、模型参数提取和建模，可以达到优化电路设计，减小设计周期，提高芯片可靠性的目的。基于此，本文对ESD保护器件GGNMOS的建模进行了系统地研究。
　　论文首先用ISETCAD工具对GGNMOS保护器件在HBM模式下的特性进行仿真，详细分析了器件的整个放电过程。在此基础上将GGNMOS保护器件分解成理想MOSFET、碰撞电离电流源、寄生晶体管、衬底电阻四个部分，建立了各部分的物理模型并进行了模型参数提取。最后用Verilog-A实现了GGNMOS保护器件的电路级仿真模型，在CadenceSpectre环境下对该器件的直流特性和HBM模式下的瞬态特性进行仿真与分析，进一步讨论了不同碰撞电离电流模型和衬底电阻模型对器件I-V特性的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 集成电路中ESD现象概述

1．1．1 静电放电模型

1．1．2 静电放电的测试

1．2 ESD保护器件建模的意义及国内外研究现状

1．2．1 课题研究意义

1．2．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要研究工作

第二章 常用ESD保护器件

2．1 电阻

2．2 二极管

2．3 双极晶体管

2．4 MOSFET

2．4．1 栅接地NMOS

2．4．2 栅耦合NMOS

2．4．3 其他结构的NMOS

2．5 SCR

2．5．1 基本SCR结构

2．5．2 MLSCR结构

2．5．3 LVTSCR结构

2．5．4 STSCR结构

2．5 本章小结

第三章 ESD保护器件的TCAD仿真

3．1 仿真工具ISETCAD介绍

3．2 仿真中算法设置和数值模型

3．2．1 算法的设置

3．2．2 器件数值模型

3．3 GGNMOS TCAD仿真与分析

3．3．1 器件结构

3．3．2 仿真分析

3．4 本章小结

第四章 ESD保护器件的电路级仿真

4．1 Verilog-A HDL语言概述

4．2 NMOS保护器件的物理模型

4．2．1 理想MOSFET模型

4．2．2 碰撞电离电流模型

4．2．3 寄生晶体管模型

4．2．4 衬底电阻模型

4．3 仿真参数提取

4．3．1 理想MOSFET模型

4．3．2 雪崩倍增因子M

4．3．3 寄生晶体管模型参数

4．3．4 衬底电阻参数

4．4 NMOS管电路级模型的Verilog-A实现与仿真分析

4．4．1 模块的Verilog-A实现

4．4．2 仿真分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献