用TCAD对ESD器件设计验证概要

第1页/共99页使用ISE-TCAD对ESD器件的设计验证主讲人：马飞2012.10.10第2页/共99页ESD及ISE-TCAD简介工艺部分仿真（Dios）DESSIS仿真模型的选取热边界条件的设定ESD器件仿真中收敛性问题一些对关键性能有影响的关键参数二次击穿电流的仿真课程内容第3页/共99页电路中的ESD防护InternalCircuitryI/OPadI/OPadI/OPadI/OPadVddGNDDischargecurrentpathofHBMzapI/Opinvs.GNDInternalCircuitryInputPinOutputPinVddVssuSCRCelluSCRCelluSCRCellDischargecurrentpathofHBMzapI/Opinvs.VddDischargecurrentpathofHBMzapI/Opinvs.I/OpinDischargecurrentpathofCDMzapandHBMzapGNDvs.I/OpinuSCRI/OPadI/OPadI/OPadI/OPaduSCRuSCRuSCRuSCRuSCRuSCRuSCRuSCRGroundBusInternalCircuitryI/OPadI/OPadI/OPadI/OPadVddGNDDischargecurrentpathofHBMzapI/Opinvs.GNDInternalCircuitryInputPinOutputPinVddVssuSCRCelluSCRCelluSCRCellDischargecurrentpathofHBMzapI/Opinvs.VddDischargecurrentpathofHBMzapI/Opinvs.I/OpinDischargecurrentpathofCDMzapandHBMzapGNDvs.I/OpinuSCRI/OPadI/OPadI/OPadI/OPaduSCRuSCRuSCRuSCRuSCRuSCRuSCRuSCRGroundBus第4页/共99页•二极管•GGNMOS:•SCR：ESD防护器件第5页/共99页设计窗口第6页/共99页ISE-TCAD简介•由瑞士ISE公司开发，已经被SYNOPSYS公司收购，并入新版的SENTAURUS。•包括平台工具（GENESISe）、工艺仿真工具(DIOS)、器件结构生成工具(Mdraw)和电磁仿真工具(DESSIS)、曲线显示工具（INSPECT）等。第7页/共99页Dios_dio.cmdMask.tl1**_dio.dat.gz**_grd.dat.gzDios-MDraw-Dessis第8页/共99页进入ISE-TCAD第9页/共99页GENESISe操作界面project---newproject右键familytree---add选择工具主菜单参数选项仿真工具菜单项目编辑环境第10页/共99页ESD及ISE-TCAD简介工艺部分仿真（Dios）DESSIS仿真模型的选取热边界条件的设定ESD器件仿真中收敛性问题一些对关键性能有影响的关键参数二次击穿电流的仿真课程内容第11页/共99页Dios工艺文件网格定义结构初始化工艺流程结构操作保存输出第12页/共99页工艺流程第13页/共99页网格定义&结构初始化(ISE)!*******GRIDDEFINE*****replace(control(1D=off))Grid(X(0,5),Y(-2.0,0.0),Nx=16,ny=16)!********SUBSTRATEDEFINE***Substrate(Element=B,Conc=5e15,Orientation=100,Ysubs=0.0)Replace(Control(ngra=1))Graphic(triangle=on,plot)第14页/共99页栅氧生长&场区刻蚀(ISE)!**************initialoxidation******Diffusion(Temperature=1000,Time=30,atmosphere=hcl,cl=5)Deposit(Material=Nitride,Thickness=0.07)Mask(Material=resist,Thickness=1,file=mask,mask=field)Etching(Material=Nitride,Remove=0.1,Over=0,rate(anisotropic=100))Etching(Material=Oxide,Remove=1,Over=0,rate(anisotropic=100))Etching(Material=silicon,Remove=0.25,Over=0,Rate(A0=-5,a1=16,a2=-8))第15页/共99页场区注入&场区氧化&阈值调整(ISE)!******************fieldimplant*******************Implant(dose=5e12,energy=50,Element=B,tilt=7,rotation=30)Etching(Resist)!*********************fieldoxidation*************Diffusion(Temperature=(800,1000),Time=20,ModDif=PairDiffusion)Diffusion(Temperature=1000,Time=180,atmosphere=H2O,ModDif=PairDiffusion)Diffusion(Temperature=(1000,800),Time=20,ModDif=PairDiffusion)Etching(Material=Ni,Remove=0.07)!*************Vtadjusting****************Implant(dose=1e12,energy=40,Element=B,tilt=7,rotation=30)第16页/共99页栅的形成&LDD注入(ISE)!********************GateFormation**********Deposit(Material=Po,Thickness=0.4)Mask(Material=resist,Thickness=1,file=mask,mask=poly)Etching(Material=Po,Remove=0.4,Rate(A0=-5,a1=27,a2=-8))Etching(Resist)!************oxidation***********Diffusion(Temperature=1000,Time=30,atmosphere=O2)!****************LDDinjection******************Implant(dose=5e13,energy=50,Element=As,tilt=7,rotation=30,table=As_1e12-5e13.tab)第17页/共99页侧墙&源/漏注入(ISE)!***********************Spacer*************Deposit(Material=Ox,Thickness=0.4)Etching(Material=Oxide,Remove=0.4,rate(anisotropic=100))!***********************S/Dimplant*********************Implant(dose=1e15,energy=200,Element=As,tilt=7,rotation=30)!*************************Anneal*********************Replace(Control(RefineGrad=-10,RefineJunc=-10))Adapt()Diffusion(Temperature=950,Time=15,ModDif=PairDiffusion)第18页/共99页接触孔刻蚀&金属互连（ISE）!**********************Contact*******************Deposit(Material=Ox,Thickness=0.7)Mask(Material=resist,Thickness=1,file=mask,mask=contact)Etching(Material=Ox,Remove=0.7,Rate(A0=-5,a1=27,a2=-8))Etching(Resist)!*********************metal*************************Deposit(Material=Al,Thickness=1)Mask(Material=resist,Thickness=1,+file=mask,mask=metal)Etching(Material=Al,Remove=1,+Rate(A0=-5,a1=27,a2=-8))Etching(Resist)第19页/共99页电极定义&保存输出!****************************Save*****************Comment('SAVEFILE')save(file='LSCR',type=MDRAW,synonyms(al=metal)contacts(contact1(name=source,-2.5,-0.5)contact2(name=drain,2.5,-0.5)contact3(name=gate,0,-0.2)contact4(name=sub,location=bottom)),MinElementWidth=0.001,MaxElementWidth=0.10,MinElementHeight=0.001,MaxElementHeight=0.10)End第20页/共99页工艺仿真部分通过修改mask文件,定义掩膜版，通过编写cmd文件，定义工艺流程第21页/共99页Mask文件100001760019%masksSTI810002000250035004700570062007200940010400109001190014100151001560016600…………METAL5110034004800560063001030011000150001570016500标明单位器件横向尺寸Mask数DIOS工艺文件第22页/共99页添加Mdraw工具第23页/共99页导入Mdraw优化**_mdr.bnd**_mdr.cmd第24页/共99页Mdraw界面第25页/共99页Mdraw优化增加电极重新定义网格第26页/共99页Mdraw导出第27页/共99页Dessis导入第28页/共99页编辑Dessiscommand第29页/共99页现场演示第30页/共99页仿真方式DC仿真TLP脉冲仿真混合仿真单脉冲多脉冲第31页/共99页ModelModelParametersParasiticComponentsStandardLevelTimerise(nsec)Timedecay(nsec)Vpeak(V)Cesd(pF)Resd(Ω)Lesd(μH)Okey(V)Safe(V)Super(V)HBM≈10150±202000~1500010015007.52000400010000MM≈6~7.560-90(ringperiod)100-400200数十1-22004001000CDM0.2-0.40.4-2250-20006.8数十1-2100015002000几种测试模型第32页/共99页ISE中Dessis仿真的书写格式•工艺仿真和MDRAW结果导入•电极定义•物理模型定义•数学算法定义•输出内容定义•电