ESD仿真技术研究

摘要

随着半导体工艺的进步，ESD(ElectroStatic Discharge，静电放电)对芯片的危害日益严重，对ESD的研究也因而越来越受到重视。仿真工具在ESD领域的应用使得ESD防护设计的研究变得更为便利，大大缩短了研发周期。
　　 然而，由于ESD现象复杂的物理机制，极端的电场及温度条件，以及ESD仿真中频繁的不收敛现象，都使得ESD的仿真变得极为困难。有鉴于此，本论文基于ISE TCAD平台，展开了对ESD防护器件的仿真研究。研究内容包括：
　　 1．研究了网格定义在工艺仿真中的重要性；对工艺步骤模拟所用物理模型展开深入分析，指出其中的差异，并对模型函数中的关键模型参数对工艺仿真结果的影响进行了探讨。
　　 2．深入分析器件仿真中的物理模型及模型函数，并对描述同一物理机制的各种不同模型展开对比分析。主要包括传输方程模型、能带模型、各种迁移率退化模型、雪崩离化模型和复合模型等。
　　 3．深入分析了ESD过程中的物理机制及其ESD仿真中描述这些物理机制所要用到的物理模型。研究了相关模型参数的变化对仿真结果的影响，主要包括电离系数对触发电压的影响、载流子迁移率对维持电压的影响和载流子寿命对维持电压的影响等。
　　 4．分析ESD仿真中各种收敛性问题的产生原因，针对每一种不收敛状况提出相应的解决方案。
　　 5．通过对器件仿真中物理模型参数的调整，实现了各类SCR(Silicon ControlledRectifier，可控硅)防护器件触发电压和维持电压的校准。使用调整后的同一组参数，对三类SCR结构共计22个器件进行仿真，并与测试结果比较，结果显示触发电压和维持电压的仿真相对误差均控制在了10％以内。
　　 6．提出了多脉冲TLP波形仿真方式，不仅能准确仿真触发电压和维持电压，而且大大提高了二次击穿电流的仿真精度。基于这种仿真方式，还给出仿真中判断二次击穿的两种方式，通过仿真结果和测试结果的对比，验证了这两种判定方式的正确性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略词表

声明

致谢

1绪论

1.1 ESD现象概论

1.2 ESD防护设计要求以及TCAD工具辅助ESD设计的必要性

1.3工艺和器件模拟TCAD软件的发展历史

1.4工艺和器件仿真的基本流程

1.5国内外研究现状

1.6本论文研究工作

2工艺仿真的模型分析

2.1网格定义

2.2工艺流程模拟

2.2.1淀积

2.2.2刻蚀

2.2.3离子注入

2.2.4氧化

2.2.5扩散

2.3结构操作及保存输出

2.4本章小结

3器件仿真的物理模型分析

3.1传输方程模型

3.2能带模型

3.3迁移率模型

3.3.1晶格散射引起的迁移率退化

3.3.2电离杂质散射引起的迁移率退化

3.3.3载流子间散射引起的迁移率退化

3.3.4高场饱和引起的迁移率退化

3.3.5表面散射引起的迁移率退化

3.4雪崩离化模型

3.5复合模型

3.6本章小结

4 ESD防护器件的仿真

4.1 ESD仿真中的物理模型选择

4.2热边界条件的设定

4.3 ESD器件仿真中收敛性问题解决方案

4.4模型参数对关键性能参数仿真结果的影响

4.5不同结构的触发电压和维持电压仿真

4.5.1 N+_MLSCR的触发电压及维持电压仿真

4.5.2 P+_MLSCR的触发电压和维持电压仿真

4.5.3 LVTSCR的触发电压和维持电压的仿真

4.5.4仿真结果统计

4.6二次击穿电流的仿真

4.6.1现有方法局限性

4.6.2单脉冲TLP波形瞬态仿真方法介绍

4.6.3多脉冲TLP波形仿真介绍

4.7本章小结

5总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

附录

作者简历及在学期间所取得的科研成果