【正文】 正脈沖，PD 是對(duì) VDD 的正脈沖，NS 是對(duì) VSS 的負(fù)脈沖，ND 是對(duì) VDD 的負(fù)脈沖.這四種測(cè)試連接方式示意圖如圖 27 所示.圖 27(a) PS 測(cè)試模式圖 圖 27(b) PD 測(cè)試模式圖圖 27(c) NS 測(cè)試模式圖 圖 27(d) ND 測(cè)試模式圖圖 27 I/O 口的四種測(cè)試連接模式2) I/O 到 I/O 的測(cè)試，包括正向和負(fù)向的電壓，被測(cè)引腳接測(cè)試電壓，其他接地，VDD和 VSS 懸空，如圖 28 所示.江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文10圖 28(a) 正電壓模式 圖 28(b) 負(fù)電壓模式圖 28 I/O 到 I/O 的測(cè)試連接模式3) VDD 到 VSS 的測(cè)試，包括正向和負(fù)向的電壓，如圖 29 所示.圖 29(a) 正電壓模式 圖 29(b) 負(fù)電壓模式圖 29 VDD 到 VSS 的測(cè)試連接模式 ZAPMASTER 的 ESD 測(cè)試方法不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)不同的測(cè)試模型，商用的 ESD Thermo KeyTek 公司生產(chǎn)的 ZAPMASTER 測(cè)試系統(tǒng)對(duì) HBM 模型進(jìn)行 ESD 測(cè)試，ZAPMASTER 測(cè)試設(shè)備由中國(guó)電子科技集團(tuán)第五十八研究所提 GJB548A 方法 10 ns，下降時(shí)間大約為 150177。 S o f t w a r eG e ne r al Pu r po s e I ns t ru m en t B u sS t a n f o r d R e s e a r c h S y s t e m sM o d e l P s 3 5 0 H V S o u r c eK e i t h l e y M o d e l 4 8 7 p i c o a m m e t e r / V o l t ag e S o u r c e T e k r o n i x 5 0 0 M H Z d i g i t i z i n g O s c i l l o s c o p eB a r t h M o d e l 4 0 0 3 1 p u l s e g e n e r a t o rS w i t c h b o xD U T圖 211 Barth 4002 型傳輸線脈沖測(cè)試系統(tǒng)框圖 ZAPMASTER 測(cè)試與 TLP 測(cè)試的關(guān)聯(lián)性一般來(lái)說(shuō)，由于封裝好的芯片在管腳處的部分寄生電容和電感可以減小內(nèi)部 ESD 防護(hù)器件的 ESD 敏感度，ZAPMASTER 的芯片測(cè)試結(jié)果常優(yōu)于 TLP 的 WAFER 24比較了同一器件的 ZAPMASTER 測(cè)試結(jié)果和從 TLP 的測(cè)試采用人體模型國(guó)軍標(biāo) 548A96 測(cè)試方法，電壓以 500 V 步進(jìn)從 500 V 到 6500 V，恒定 的測(cè)試采用 Barth 4002 型 TLP 測(cè)試系統(tǒng)的默認(rèn)模式，即脈沖的上升時(shí)間為 10 ns，脈寬為 100 ns，脈沖電壓從 V 開(kāi)始遞增一直到器件失效，得到熱擊穿電流值(I t2).通過(guò)人體模型的轉(zhuǎn)化公式 TLPV(v)≈la(A)X(1500+Ron)(Ω)，計(jì)算得到 TLP 耐壓值(V t2).可見(jiàn) ZAPMASTER 的測(cè)試結(jié)果優(yōu)于 TLP 的測(cè)試結(jié)果，由于 ZAPMASTER 測(cè)試的步進(jìn)電壓為 500 V，所以誤差在 1000 V .表 24 ZAPMASTER 和 TLP 測(cè)試的關(guān)聯(lián)性比較DUT It2(A) TLPV(V) ESDV(V)DIODE 4151 5000GGNMOS 2357 3000SCR 3929 4000靜電放電（ESD）保護(hù)器件的模擬與仿真13第 3 章 Sentaurus 軟件仿真流程 仿真工具簡(jiǎn)介因?yàn)?ESD 事件的特殊性，ESD 的工藝器件仿真面臨著不收斂的問(wèn)題，特別是器件的瞬 防護(hù)器件的設(shè)計(jì)是和制造該防護(hù)器件的具體工藝過(guò)程緊密聯(lián)系的，因此設(shè)計(jì)ESD 防護(hù)器件要從最底層的工藝級(jí)仿真開(kāi)始，準(zhǔn)確地構(gòu)造出器件結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)器件級(jí)仿真對(duì)載流子的分布和勢(shì)能場(chǎng)建模，通過(guò)求解電子、空穴的電流連續(xù)性和泊松方程等方程 ESD 仿真工具是 Sentaurus，本論文中將用到其中的工藝仿真工具 Sentaurus Process、器件結(jié)構(gòu)編輯工具 Sentaurus Strucure Editor、器件仿真工具 Sentaurus Device，下面將對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹.（1）工藝仿真工具：Sentaurus Process 將一維，二維和三維仿真都集成于同一平臺(tái)中，并且面向當(dāng)代納米級(jí)集成電路工藝制程， Process 在保留傳統(tǒng)工藝仿真軟件運(yùn)行模式的基礎(chǔ)上，又作了一些很重要的改進(jìn)：1) 添加了模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)瀏覽器（PDB），為用戶提供了增加模型和修改模型參數(shù)的便捷途徑.2) 增加了一維模擬結(jié)果輸出工具（Inspect）和二維、三維模擬結(jié)果輸出工具（Tecplot SV).3) ：注入損傷模型、高精度刻蝕模型、基于Monte Carlo 的離子擴(kuò)散模型、不僅提高了工藝軟件的仿真精度，而且滿足了半導(dǎo)體工藝發(fā)展的需求.（2）器件結(jié)構(gòu)編輯工具：Sentaurus Strucure Editor（SDE）是基于二維和三維器件結(jié)構(gòu)編輯的集成環(huán)境，可編輯或生成二維和三維器件結(jié)構(gòu)，用于與 Process 工藝仿真系統(tǒng)的結(jié)合.在 Sentaurus TCAD 軟件仿真過(guò)程中，SDE Sentaurus Process 執(zhí)行完工藝仿真后，必須使用 SDE 將 Process 工藝仿真階段生產(chǎn)的電極激活，并調(diào)入 Process 仿真過(guò)渡來(lái)的摻雜信息，進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化處理后，才能進(jìn)行下一步的器件物理特性模擬.（3）器件仿真工具：Sentaurus Device 是最新一代的器件物理特性仿真工具，內(nèi)嵌一維、二維和三維器件物理模型，通過(guò)數(shù)值求解一維、二維和三維物理模型泊松方程、連續(xù)性方程和運(yùn)輸方程， Device 支持很多器件類(lèi)型的仿真，包括功率器件，量子器件，光電器件深亞微米 MOS 器件，Sentaurus Device 還能夠?qū)崿F(xiàn)由多個(gè)器件所組成的單元級(jí)電路的物理特性分析.Sentaurus Device 的主要物理模型有：產(chǎn)生復(fù)合模型、遷移率退化模型、基于活化能變化的電離模型、熱載流子注入模型、隧道擊穿模型、應(yīng)力模型、量子化模型. 工藝仿真ESD 防護(hù)器件的設(shè)計(jì)是和生產(chǎn)工藝密切相關(guān)的，為準(zhǔn)確構(gòu)造出 ESD 防護(hù)器件的結(jié)構(gòu)，江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文14首先從底層的工藝級(jí)仿真開(kāi)始，ESD 防護(hù)器件的 TCAD 仿真技術(shù)可以降低器件設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)，縮短研發(fā)周期，具有重要意義. 工藝仿真流程工藝流程模擬主要包括淀積、刻蝕、離子注入、氧化、擴(kuò)散等工藝步驟的模擬 [5]，這部分是整個(gè)工藝仿真的核心.1. 淀積：在 Sentaurus Process 中，主要有三種淀積模型：各項(xiàng)同性淀積、各向異性淀積、填充式淀積，各項(xiàng)同性淀積是使用最多的一種，其在任何一個(gè) X 坐標(biāo)下淀積的厚度都是一樣的.2. 刻蝕：Sentaurus Process 中的刻蝕模式主要由以下幾種：1) 等厚度刻蝕法：等厚度刻蝕在器件表面固定地移除一定厚度的指定材料.2) 接觸終止刻蝕法：刻蝕移除器件表面指定材料，直到另一指定材料暴露到空氣中才停止刻蝕.3) 刻蝕速率控制法：刻蝕可以控制各項(xiàng)同性刻蝕速率以及各傾角下各向異性刻蝕速率.4) 多邊形刻蝕法：以一個(gè)多邊形將器件結(jié)構(gòu)一分為二，根據(jù)多邊形走向，將左邊都用新材料代替，右邊部分保持不變.3. 離子注入：影響器件結(jié)構(gòu)最終的摻雜分布的因素有兩個(gè)：其一為離子注入，其二為之，退火步驟會(huì)引起雜質(zhì)的再分：注入離子的成分（Element）、注入的劑量（Dose）、注入的能量（Energy）、離子注入時(shí)硅圓片的傾角（Tilt）、以及離子注入時(shí)硅圓片繞中心軸的旋轉(zhuǎn)角度（Rotation）.4. 氧化：Sentaurus Process 中有三種氧化模型：Massoud 模型、Massoud2D 模型、Geal Grove 模型不推薦使用，Sentaurus Process 中默認(rèn)使用Massoud2D 模型，但是該模型在開(kāi)始氧化步驟之前淀積 nm 的初始氧化層（為方程提供邊界條件），該厚度在較小線寬的工藝下可能已經(jīng)超過(guò)了柵氧本身的厚度，這時(shí)候就需要用 Geal Grove Grove 模型在開(kāi)始氧化步驟之前淀積的初始氧化層厚度根據(jù)之后的氧化溫度來(lái)確定，溫度越高，淀積的初始氧化層越薄，以確保初，如果本身氧化層厚度 nm 大很多，生長(zhǎng)柵氧的時(shí)候還是推薦使用 Massoud2D 模型.5. 擴(kuò)散：在每一步高溫處理工藝步驟中，由于雜質(zhì)原子和點(diǎn)缺陷的擴(kuò)散，會(huì)引起雜質(zhì)再 Process 中描述擴(kuò)散的工藝步驟用 Diffuse 語(yǔ)句，描述擴(kuò)散的模型共有 5 種：Conventional、Equilibrium、Looselycoupled、Semicoupled、Conventional 模型和 Equilibrium 模型很類(lèi)似，他們都只有在氧化過(guò)程中考慮點(diǎn)缺陷模型并且是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算雜質(zhì)擴(kuò)散率，主要不同在于二者基于的數(shù)值方案不一 模型和其他幾類(lèi)模型是兩個(gè)不同的體系，Conventional 模型可以對(duì)不同的材料和摻雜采用不同的擴(kuò)散機(jī)制，而其余的四個(gè)模型針對(duì)不同的摻雜只能選擇靜電放電（ESD）保護(hù)器件的模擬與仿真15同一種擴(kuò)散機(jī)制， 模型、Looselycoupled 模型、Semicoupled 模型都可以視為 Pairdiffusion Looselycoupled模型、Semicoupled 模型、Pairdiffusion 模型可以仿真瞬態(tài)擴(kuò)散過(guò)程，這是因?yàn)檫@三種模型都考慮了點(diǎn)缺陷方程以及點(diǎn)缺陷對(duì)擴(kuò)散的增強(qiáng)效應(yīng)，而 Equilibrium 模型不解點(diǎn)缺陷方程，只有 Pairdiffusion 模型可以仿真界面處摻雜的堆積效應(yīng). 結(jié)構(gòu)操作及保存輸出結(jié)構(gòu)操作主要包括當(dāng)前結(jié)構(gòu)的左右對(duì)稱(chēng)操作以及上下翻轉(zhuǎn)操作，前者主要是在仿真左右嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)時(shí)只仿真其中的一半，之后在進(jìn)行左右對(duì)稱(chēng)操作，者主要是在一些特定工藝下需要背部的工藝操作，這時(shí)候需要將整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行上下翻轉(zhuǎn)，再進(jìn)行背部離子注入和退火后的仿真.Sentaurus Process 的輸出文件需要導(dǎo)到 Sentaurus Structure Editor 里，將文件保存格式定義為 Mesh 格式. 網(wǎng)格定義1. 定義二維初始網(wǎng)格網(wǎng)格定義是整個(gè)工藝仿真的基礎(chǔ)，后續(xù)所有仿真都是在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行的，很大程度上：在表面區(qū)域、離子注入?yún)^(qū)域、PN 節(jié)區(qū)域、等材料邊界區(qū)域或電流相對(duì)集中的區(qū)域定義細(xì)致的網(wǎng)格用以提高精度，在器件底部（有背部工藝?yán)猓┑却我膮^(qū)域定義粗糙的網(wǎng)格以減少網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)數(shù)、節(jié)省仿真時(shí)間.Sentaurus Process 網(wǎng)格建立不好，可能在后續(xù)仿真中逐漸變差，對(duì) LSCR 的初始網(wǎng)格設(shè)置，語(yǔ)句描述為：line y location=0 spacing= tag=leftline y location=22 spacing= tag=rightline x location=0 spacing= tag=SiTopline x location=20 spacing= tag=SiBottom2. 開(kāi)啟二維輸出結(jié)果調(diào)閱工具 Tecplot SV 界面：graphics on.3. 激活校準(zhǔn)模型：Advanced Calibration.4. 開(kāi)啟自適應(yīng)網(wǎng)格：pdbSet Grid Adaptive 1.5. 定義仿真區(qū)域并對(duì)仿真區(qū)域進(jìn)行初始化，其語(yǔ)句表述如下：Region silicon xlo=SiTop xhi=SiBottom ylo=leftyhi=rightInit concentration=1e15 field=Boron =1006. 定義網(wǎng)格細(xì)化規(guī)則，下面是其描述語(yǔ)句：mgoals accuracy=2e3 resolution=minedge=4e4 = =1e1江南大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文16mgoals 命令中的 用來(lái)定義邊界處的網(wǎng)格最小間距，離開(kāi)表面后將按照 確定的速率變化，Accuracy 為誤差精度.7. 在重要區(qū)域進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)格：較為細(xì)致的網(wǎng)格仿真速度很慢，為加快仿真速度，通常先設(shè)置一個(gè)較為粗糙的網(wǎng)格，然后在仿真過(guò)程中，在重要步驟之前，在關(guān)鍵區(qū)域不斷優(yōu)化網(wǎng)格，可用如下語(yǔ)句：refine box name=bulktop min={ } max={22 20} xrefine={ }yrefine={} all 器件仿真及其物理模型的選擇 器件仿真流程器件仿真流程如圖 32 所示：1. 網(wǎng)格創(chuàng)建工具 Mdraw 接受來(lái)自 Sentaurus Process 的網(wǎng)格設(shè)置命令文件及相關(guān)邊.2. 網(wǎng)格創(chuàng)建完成之后產(chǎn)生的網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件和 Sentaurus Process 產(chǎn)生的剖面濃度分布數(shù)據(jù)作為 Sentaurus Device ，Sentaurus Device 卡文件中的網(wǎng)格設(shè)置和參數(shù)設(shè)置對(duì)器件物理特性分析提出了具體的要求并產(chǎn)生相應(yīng)的日志文件. 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 Sentaurus Device 輸入文件由以下幾部分組成，包括File、Electrode、Physics、Plot、Math 和 Slove，每一部分都執(zhí)行一定的功能