[发明专利]电路仿真的模型方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种模型仿真方法，特别地，涉及一种静电放电防护器件的模型仿真方法。

【背景技术】

长期以来，静电放电防护都是电子与半导体产业可靠性评价中重要的性能之一。随着集成电路制造技术的不断提升，器件尺寸的快速缩小，静电放电对集成电路造成的影响日益严重。如果不能有效地释放电流，则过大的电流有可能损坏集成电路。

目前有关静电放电防护的评估都是基于产品的后测试，在设计前期阶段并没有相关的仿真与评估办法通常都只能利用已有有限的模板，而这些模板无法做到较为精确的仿真。由于缺乏高效、简洁的静电防护器件模型，特别是静电防护器件在发生骤回崩溃的行为仿真模型，这对集成电路在静电防护方面的设计造成了非常的不便以及在产品良率方面可能的重大损失，且这样在后期的测试或者流片时如果不适合仍然会造成返工。

【发明内容】

本发明目的在于提供用来仿真静电防护器件电路仿真的模型方法，以更精确地仿真静电放电时器件的行为特征，为设计人员在集成电路前期阶段提供了高效、简洁的模型。

本发明的技术方案为：

a.建立MOSFET晶体管在普通条件下的器件模型；

b.建立寄生的横向NPN晶体管在普通条件下的器件模型；

c.增加一个电流控制电流源以仿真静电感应发生时的电流雪崩现象；

d.在晶体管的源漏极及衬底上各串联一个可变电阻。

本发明模型方法的建立有利于集成电路设计者直接仿真器件放电时行为特征，为优化静电防护电路的设计提高了工作效率以及设计的准确性，并缩短了产品设计周期，并降低成本。

【附图说明】

图1是发生静电感应时的静电防护器件的电流分布图。

图2是实测的栅极接地静电防护NMOS的骤回崩溃电流电压曲线坐票图。

图3是静电防护器件电路模型结构示意图。

图4是实测与仿真的骤回崩溃电流电压坐标比较图，其中meas是实测曲线，sim是仿真曲线。

【实施方式】

静电防护器件在正常工作操作下，静电防护器件必须是关闭的，而在静电放电发生时，静电防护器件需要能够快速地导通以导去静电放电电流，以达到保护内部电路的目的。图1即为静电发生时静电防护器件NMOS的电流分布图(各个电流名称)。当发生静电放电时，寄生的双极晶体管NPN因结电容的击穿而导通，从而快速释放电流，图2是实测的静电释放(ESD)器件的骤回崩溃电流电压曲线。图2描述的是这样一个过程，只有当电压到达某一特定值后才会击穿，并引起电流的急速上升，即大量放电的过程，图2中是到达约10V的大小时将该器件击穿，由于开始放电导致电压有一定下降，而电流在电压5V左右时急速地上升，在400mA以上的地方由于电流基本到达顶点而不再显著增加，此时是静电防护器件的承受极限，也就是器件会因过大的电流而损坏。因此，这个电流急速上升的转折点越高，意味着该静电防护器件能够承受的电流范围越大，即对于集成电路的保护能力则越强。

本发明提供了一种用来仿真静电防护器件骤回崩溃(snapback)的器件模型构成方法。它在普通SPICE器件模型的基础上，利用场效应管、双极晶体管、电流控制电流源以及源漏衬底电阻共同建立一个宏模型，用于仿真静电防护器件骤回崩溃现象的。即可直接仿真图2所示实测的静电防护器件骤回崩溃的电流电压曲线，从而提取出对应于静电防护器件在发生静电感应时的模型，使其可与普通的器件一样被电路设计仿真软件直接调用。当然也可利用其它软件，如Spectre，这里仅仅是一种举例，并非起限制作用。

根据ESD器件的结构与物理特性，本发明设计了一种电路形式的器件仿真模型，如图3所示，在普通场效应晶体管器件模型基础上，在晶体管的漏极、源极、及衬底上各串联一个可变电阻Rd、Rs、及Rsub，用以仿真静电防护器件的漂移区电阻及衬底电阻，同时在漏极、源极及衬底间并联一个横向双极晶体管(NPN)，及电流控制电流源(CCCS)，横向双极晶体管NPN的发射极连接晶体管的源极，集电极连接晶体管的漏极，基极连接晶体管的栅极。其中场效应晶体管和双极晶体管可直接使用现有的模型，如场效应晶体管可直接使用BSIM3模型，双极晶体管可直接使用G-P模型，电流控制源(CCCS)用来模拟雪崩电流(Igen)。总的漏端电流是

I_d＝I_ds+I_c+I_gen          (1)

其中