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電晶體相對精度模型方法

2023-07-25 17:13:56 1

專利名稱:電晶體相對精度模型方法
技術領域:
本發明涉及一種半導體器件SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)模型方法,尤其涉及一種電晶體相對精度 模型方法。
背景技術:
現有相對精度的方法基本是提供電特性關鍵參數與特徵量的對應關 系,關鍵參數包括閾值電壓VTH和飽和電流Idsat,設計者根據實測數據進 行估計。
還有一種方法是測試反映該工藝相對精度的實驗數據,並總結閾值 電壓之差AVt的標準偏差、飽和電流之差AIdsat的標準偏差與器件尺寸的 關係。在普通SPICE器件模型的基礎上,對其中的VTH0、 TOX、 UO參數進 行修正,建立對應的相對精度模型;將相對精度模型與普通SPICE模型綜 合到一個模型文件中。
現有相鄰電晶體相對精度模型一般是提供閾值電壓VTH和飽和電流 Idsat兩點的相對精度模型,器件在其它偏壓條件下的相對精度模型只能進 行估計,這種方法不能滿足模擬電路設計的精度要求。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種電晶體相對精度模型方法,能 夠對不同器件尺寸、不同電壓偏壓條件下的電流標準偏差進行模型化,從而提高模擬集成電路設計的工作效率與準確性。
為解決上述技術問題,本發明電晶體相對精度模型方法的技術方案是, 包括如下步驟
測試不同器件尺寸,包括電晶體溝道的寬度W和電晶體溝道的長度L, 測試不同偏壓條件下相鄰電晶體的電流值,測試大量晶圓上不同晶片單位 的數據,並根據這些數據計算成對的晶片的電流差值AId,統計出AId的
3sigma衡
對VTH0, T0X, Kl, U0, RDSW, L肌WINT七個模型參數進行模型化,
其中
Param=Param_org+ A param; Al
A VTH0=
AT0X=
V『丄-M , Bl
V『 Z M ,
AK1= , CI = + 1 # 丄 M
AU0二 , D1 = + 1
△ RDSW=
△ LINT二
A WINT=
V『 Z M
El
V『 丄.M
Fl .
V『M ,
Gl
VZ.M ,
其中Param是VTH0、 T0X、 Kl、 U0、 RDSW、 LINT、 WINT七個模型參數Paranuorg是VTHO、 T0X、 Kl、 U0、 RDSW、 LINT、 WINT七個模型參數在普通 模型中的值,Aparam是AVTH0、 AT0X、 AK1、 AU0、 ARDSW、 ALINT、 AWINT七個模型參數,Al, Bl, Cl, Dl, El, Fl , Gl為待定係數,M為並 聯電晶體數目,根據所測試的大量晶圓上不同晶片單位的數據對所述待定 係數進行擬合。
本發明對不同器件尺寸、不同電壓偏壓條件下的電流標準偏差進行模 型化,提高了模擬集成電路設計的工作效率與準確性。
具體實施例方式
電晶體相對精度的模型在模擬電路設計中對電路的特性起非常重要的 作用,由於半導體工藝均勻性,設備的影響,相同電晶體在矽片內不同位 置其電特性存在差異,相對精度模型用於反映這種差異,並把電晶體的特 性參數的統計誤差用公式進行描述,產生可以仿真的電晶體相對精度模型。
相對精度模型最重要是解決不同物理尺寸(Width溝道寬度/Length溝 道長度)的電晶體,其電特性VTH (閾值電壓)/Idsat (飽和電流)的統計 偏差的對應參數選取和參數近似描述公式,通過對電晶體電流公式的簡單 變換可以推導出下述公式
W = / (F^-W)2,其中/ = ^^工;其中Id表示電晶體漏端電流,//。為
2 丄
載流子遷移率,Cox為柵電容,W和L分別表示溝道寬度和溝道長度。
2cr/2 2 2 i /- Fir
A A 「刷,A 「氣
'd"邵」formula see original document page 7]2可以看出,電流的標準偏差獨立與其它模型
參數,電流的標準偏差可以表述為兩個變量"^電晶體溝道面積(WXL)
和VgSt的關係;同樣,理論上電流的標準偏差是由於某幾個工藝變量引起,
包括氧化膜厚度(Tox),多晶矽寬度偏差(Leff, Weff),離子注入偏差(Nch), 平帶電壓(VFB)等,這些工藝變量的偏差可以反映到模型參數上,建立一 種對應關係。
本發明提供了一種電晶體相對精度模型方法,包括如下步驟 測試不同器件尺寸,包括電晶體溝道的寬度W和電晶體溝道的長度L, 測試不同偏壓條件下相鄰電晶體的電流值,晶圓上的電晶體或者晶片都是 成對出現的,測試大量晶圓上不同晶片單位的數據,並根據這些數據計算 成對的晶片的電流差值AId,統計出Ald的3sigma值;
formula see original document page 7AT0X=, ; ■V『 丄.M
AKl、 C1 +1;
AUO: , D1化 >/『丄.M
ARDSW= , E1 ; △ LINT^ , Fl ;
其中Param是VTHO、 Tox、 Kl、 U0、 RDSW、 LINT、 WINT七個模型參數, Param—org是VTHO、 Tox、 Kl、 U0、 RDSW、 LINT、 WINT七個模型參數在普通 模型中的值,A param是AVTH0、 ATox、 AK1、 AU0、 ARDSW、 ALINT、 AWINT七個模型參數,Al, Bl, Cl, Dl, El, Fl, Gl為待定係數,M為並 聯電晶體數目,根據所測試的大量晶圓上不同晶片單位的數據對所述待定 係數進行擬合。對所述待定係數進行擬合可以通過相應的EDA軟體實現。
所述電晶體溝道的寬度W和電晶體溝道的長度L乘積的取值範圍從設 計規則最小值到lOOOOum2。
所述不同偏壓條件為柵源電壓差Vds和柵電壓和開啟電壓之差Vgst的 組合。
所述待定係數進行擬合的順序為
首先針對Large電晶體的實測數據,確定A1、 Bl、 Cl、 Dl;然後針對narrow電晶體的實測數據,確定Gl;
再針對Short電晶體的實測數據,確定F1;
最後針對small電晶體的實測數據,確定El。
把電晶體模型做成SUBCKT形式,在常規模型的基礎上修改相應得參數, 做成相對精度模型,如下所示 .lib mismatch .subckt nfets d g s b
+ wf=10e—6 lf=0. 13e_6 nf=l as=asn ad=adn ps二psn pd=pdn
.PARAM
+Mis—_VTH0N=,Al/sqrt(WF禮F氺NF),
+Mis—_U0N=,Dl*/sqrt(WF*LF*NF)+1,
+Mis—一K1N 二:,Cl/sqrt(WF*LF*NF)+l,
+Mis—_T0XN=,Bl/sqrt(WF禮F柳F)'
+Mis—_RDSW='El/sqrt(WF禮F求NF) +1,
+Mis_—LINT=,Fl/sqrt(WF*NF),
+Mis_—WINT二 ,Gl/sqrt(LF*NF),
mds d g s b nfet l二lf w=wf m=nf + as二asn ad二adn ps=psn pd=pdn
9.lib "mosfet. lib〃 core—model .ends nfets .endl mismatch
.LIB core—model.MODELNFET 麗OS
+ tox =,2. 8e-009+ Mis—VTHON,
+ wint='l.182e-008 + Mis_WINT
+ lint=,5e-009+ Mis—LINT ,
+ vthO='0. 60 + Mis—VTHON'
+ k.l二 '0.6931 * Mis—KIN
+ u0='0.05075 * Mis一UON,
+ rdsw='330 * Mis RDSW,
.ENDL core—model
綜上所述,本發明通過測量相鄰電晶體不同Vds和Vgs偏壓點的電流 值,歸納不同電晶體尺寸,不同偏壓下其電流差值,通過選取合適的模型 參數,定義準確的模型參數公式進行描述,並通過一定的模型參數提取方 法,提取相對精度模型參數,使該模型能反映不同尺寸,不同偏壓下的相 鄰電晶體的電流差值,對不同器件尺寸、不同電壓偏壓條件下的電流標準
10偏差進行模型化,提高了模擬集成電路設計的工作效率與準確性'
權利要求
1. 一種電晶體相對精度模型方法,其特徵在於,包括如下步驟測試不同器件尺寸,包括電晶體溝道的寬度W和電晶體溝道的長度L,測試不同偏壓條件下相鄰電晶體的電流值,測試大量晶圓上不同晶片單位的數據,並根據這些數據計算成對的晶片的電流差值ΔId,統計出ΔId的3sigma值;對VTHO,Tox,K1,U0,RDSW,LINT,WINT七個模型參數進行模型化,其中Param=Param_org+Δparam;其中Param是VTHO、Tox、K1、U0、RDSW、LINT、WINT七個模型參數,Param_org是VTHO、Tox、K1、U0、RDSW、LINT、WINT七個模型參數在普通模型中的值,Δparam是ΔVTHO、ΔTox、ΔK1、ΔU0、ΔRDSW、ΔLINT、ΔWINT七個模型參數,A1,B1,C1,D1,E1,F1,G1為待定係數,M為並聯電晶體數目,根據所測試的大量晶圓上不同晶片單位的數據對所述待定係數進行擬合。
2. 根據權利要求1所述的電晶體相對精度模型方法,其特徵在於,所 述電晶體溝道的寬度W和電晶體溝道的長度L乘積的取值範圍從設計規則 最小值到10000um2。
3. 根據權利要求1所述的電晶體相對精度模型方法,其特徵在於,所 述不同偏壓條件為柵源電壓差Vds和柵電壓和開啟電壓之差Vgst的組合。
4. 根據權利要求1所述的電晶體相對精度模型方法,其特徵在於,所 述待定係數進行擬合的順序為,首先針對Large電晶體的實測數據,確定A1、 Bl、 Cl、 Dl; 然後針對narrow電晶體的實測數據,確定G1; 再針對short電晶體的實測數據,確定Fl; 最後針對small電晶體的實測數據,確定El。
全文摘要
本發明公開了一種電晶體相對精度模型方法通過測量相鄰電晶體不同Vds和Vgs偏壓點的電流值,歸納不同電晶體尺寸,不同偏壓下其電流差值,通過選取合適的模型參數,定義準確的模型參數公式進行描述,並通過一定的模型參數提取方法,提取相對精度模型參數,使該模型能反映不同尺寸,不同偏壓下的相鄰電晶體的電流差值。本發明對不同器件尺寸、不同電壓偏壓條件下的電流標準偏差進行模型化,提高了模擬集成電路設計的工作效率與準確性。
文檔編號G06F17/50GK101464912SQ20071009460
公開日2009年6月24日 申請日期2007年12月21日 優先權日2007年12月21日
發明者李平梁 申請人:上海華虹Nec電子有限公司

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