專利名稱：生成用于集成電路的目標器件的模型文件的方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及集成電路的建模，尤其是涉及通過獲得相對現(xiàn)有模型具有基于靈
敏度的最小變化生成模型文件。
背景技術：
在集成電路制造業(yè)中，不斷開發(fā)新一代的集成電路。為將要產(chǎn)生的集成電路進行電路仿真是重要的，使得設計者可通過仿真設計電路的性能做出設計結果。因此，在物理存在集成電路之前需要開發(fā)新一代集成電路的模型。這對模型的開發(fā)提出了挑戰(zhàn)。
目前，有一些從事集成電路建模的機構。例如，加利福尼亞大學伯克利分校和亞利桑那州立大學開發(fā)了為未來晶體管和互連技術提供預測模型文件的預測技術模型(PTM)方法。這些預測模型文件與標準電路模擬器相兼容，例如通用集成電路的仿真程序(SPICE)，而且可應對大范圍的工藝變化。利用PTM方法，可以甚至在高級半導體技術完全開發(fā)之前，開始有競爭力的電路設計和研究。 然而，PTM模型文件有一些缺陷。PTM模型文件集中在發(fā)展的趨勢。因此，PTM模型文件反映了多個集成電路開發(fā)公司的總體趨勢，并且相對固定。每個公司都可以具有他們自己的發(fā)展方向，一般來講雖然它可通過總體趨勢反映，但不可避免地存在與PTM模型文件的差異。因此，在沒有進行進一步定制的情況下，集成電路開發(fā)公司不能使用PTM模型文件。另外，PTM模型文件需要復雜的器件信息以便于使用。在僅可利用部分器件信息的情況下，則不能成功地生成PTM模型文件。還有，PTM模型文件不能適當反映集成電路特征之間的固有物理關系。因此，需要一種開發(fā)模型文件的新方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種生成集成電路目標器件的模型文件的方法包括提供目標器件；提供用于目標器件的器件目標設置，其中器件目標設置包括目標器件的目標參數(shù)值；確定關于目標器件的最接近的已知模型，其中最接近的已知模型包括第一模型文件；進行靈敏度分析以確定第一模型文件中的靈敏參數(shù)；改變第一模型文件中的靈敏參數(shù)以生成第二模型文件；并利用第二模型文件和器件目標設置中的參數(shù)值確定仿真電路的擬合值。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種生成集成電路器件的模型文件的方法包括提供目標晶體管；提供用于目標晶體管的器件目標設置，其中器件目標設置包括目標參數(shù)值；確定關于目標晶體管的備選已知模型的列表；從備選已知模型的列表中選擇最接近的已知模型，其中最接近的已知模型包括第一模型文件；由最接近的已知模型生成I-V曲線和C-V曲線；使I-V曲線和C-V曲線翹曲以生成擬合器件目標設置中的至少一個目標參數(shù)值的翹曲的I-V曲線和翹曲的C-V曲線；進行靈敏度分析以確定在第一模型文件中的靈敏參數(shù)；改變第一模型文件中的靈敏參數(shù)以生成第二模型文件；利用第二模型文件仿真目標晶體管的性能；并比較所述性能與翹曲的I-V曲線和翹曲的C-V曲線以確定擬合值。
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本發(fā)明的有利特征包括在新產(chǎn)生的模型文件中很好體現(xiàn)的器件物理性質(zhì)，和利用部分器件目標設置生成模型文件的能力。


為了更加全面地了解本發(fā)明和它的優(yōu)勢，現(xiàn)在結合附圖參考下面的描述，其中
圖1示例了本發(fā)明的實施例的工作流程圖； 圖2A示例了由目標晶體管的最接近的已知模型生成的I-V曲線； 圖2B示例了由目標晶體管的最接近的已知模型生成的C-V曲線； 圖3A示例了翹曲由最接近的已知模型得到的I-V曲線以生成翹曲的I-V曲線，其
中飽和電流用于翹曲；禾口 圖3B示例了由最接近的已知模型生成的翹曲的I-V曲線，其中漏電流用于翹曲；和 圖3C示例了由最接近的已知模型生成的翹曲的C-V曲線。
具體實施例方式
下面詳細論述了當前優(yōu)選實施例的制造和使用。然而，應該意識到，本發(fā)明提供了能夠以特定上下文的廣泛變化具體化的許多可應用的發(fā)明概念。論述的特定實施例僅示例了制造和使用該發(fā)明的特定方法，但不限制本發(fā)明的范圍。 在這里論述了開發(fā)模型文件的新方法。在后面的論述中，論述了晶體管模型文件的開發(fā)以解釋說明本發(fā)明的概念。然而，本發(fā)明的概念可以用于除晶體管之外的器件的開發(fā)，和包括多于一個器件的集成電路的開發(fā)，例如靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)單元。
圖1示例了示出本發(fā)明實施例的工作流程的簡單方框圖。在后面的段落中詳細論述了每個方框的功能。在初始步驟中，確定要開發(fā)模型文件的器件(在下文中稱為目標器件或目標晶體管)。還確定了制造目標器件所使用的技術。在本發(fā)明的示范性實施例中，目標器件是包括柵極、源極和漏極的目標晶體管(未示出)，并且目標模型文件假定為用于32/28nm技術和/或22/20nm技術。 隨后確定最接近反映目標器件特征的最接近的已知模型(例如，一個或一組模型文件的形式)，如圖1中的方框10所示。假定目前有包括使用40nm技術形成的晶體管的模型、使用45nm技術形成的晶體管的模型、和使用65nm技術形成的晶體管的模型的備選已知模型的列表，則對于32nm的情況，最接近的已知模型將是40nm技術。同樣，對于不同類型的晶體管，例如平面晶體管、鰭式場效應晶體管(FinFET)、形成在體襯底上的晶體管、形成在絕緣體上硅(SOI)襯底上的晶體管等，可以有現(xiàn)有模型。最接近的已知模型還將被選擇以與目標器件的類型相匹配，使得最接近的已知模型盡可能地與目標器件相匹配。
目前，有各種模型文件格式，例如BSIM3、BSIM4、PSP、HiSIM等。最接近的已知模型可以是這些文件格式中的任一種。為目標器件分別生成的模型文件優(yōu)選與最接近的已知模型的格式相同。然而，如果希望目標器件的模型文件為與最接近的已知模型的格式不同的格式，則首先可以將最接近的已知模型文件改變成目標器件所希望的格式，之后在不改變格式的情況下可以生成目標模型文件，其中在下面的段落中論述了目標模型文件的生成。
接下來，如圖1中的方框12所示，生成最接近的已知模型的靜態(tài)和動態(tài)特征。例如，圖2A示例了在I-V曲線形式中最接近的已知模型的靜態(tài)特征，而圖2B示例了在C-V曲 線形式中最接近的已知模型的動態(tài)特征。 為了形成器件模型文件，需要確定器件目標設置(圖1中的方框14)，它規(guī)定了 什么是目標器件的預期性能，例如，利用32nm技術形成的器件。器件目標設置可以是包括 目標參數(shù)的全部希望的目標值的綜合設置，或者僅是指定一些器件參數(shù)的部分器件目標設 置。在一實施例中，器件目標設置可以由半導體國際技術發(fā)展路線圖(ITRS)或者像與預 測技術模型(PTM)相關的組織一樣的其它組織提供。器件目標設置也可以由集成電路制 造公司的市場組提供。對于目標晶體管，器件目標設置需要包括飽和電流(1on)、泄漏電流 (1off)、電性柵極氧化物厚度(Toxe)、和有效柵極長度(Leff)的至少四個參數(shù)的目標值， 但是最好是包括更多參數(shù)的器件目標設置。 參考圖1中的方框16，執(zhí)行特征翹曲。圖3A示例了I-V曲線是如何翹曲的。虛線 38是由最接近的已知模型得到的，并且與圖2a示出的一樣。如前面的段落所述的，器件目 標設置包括仍在圖3A中示出的Idsat值(如"Idsat目標"所示的)。因此，其它特征電流 可以由Idsat目標計算。例如，特征電流包括Id2目標，當漏電壓VD等于O. 5VDD，且柵電壓 VG等于電壓VDD時則它是希望的電流。由于由最接近的已知模型得知Idsat和Id2之間的 固有關系，所以可以得到特征電流。另外，其它的特征電流例如Idl目標和IdO目標也可以 由Idsat得到。在一實施例中，Id2、 Idl和Id0的值可以通過以某比率乘以最接近的已知 模型的I-V曲線的相應值得到。已得知Idsat、Id2目標、Idl目標、IdO目標的值和可能的 其它特征電流之后，可以得到目標I-V曲線40(在整個說明書中還稱為翹曲的I-V曲線，或 目標I-V曲線)。這些線將反映例如關于32nm技術的目標晶體管的希望的靜態(tài)特征。
類似地，如圖3B所示得到了目標泄漏電流。Ioff A是由最接近的已知模型得到的 泄漏電流，而Ioff B是在器件目標設置中提供的目標泄漏電流。線42是由最接近的已知 模型得到的泄漏線。然后通過繪制穿過Ioff B且平行于線42的線可以得到線44。線44 將是目標晶體管希望的泄漏特征。從圖3B，可以得到最接近的已知模型和目標晶體管之間 的閾值電壓AVth的差。 類似地，可以得到目標器件的動態(tài)特征，如通過圖3C中的C-V曲線48所示。得到 動態(tài)特征的細節(jié)基本上與圖3A和3B示出的一樣，因此在這里不再重復。在示范性實施例 中，目標C-V曲線48可以由也在器件目標設置中的參數(shù)Toxe得到。 接下來，需要改變最接近的已知模型的模型文件以生成目標器件的模型文件。為 了確定需要改變最接近已知模型文件中的哪個參數(shù)和改變的量，需要進行靈敏度分析，如 由圖1的步驟18所示。例如，圖3A中，虛線38表示最接近的已知模型。希望當改變最接
近的已知模型文件中的參數(shù)時，用改變了的模型文件表示的晶體管的i-v曲線能夠擬合目
標器件的目標I-V曲線40。顯然，在最接近的已知模型文件中一些參數(shù)值的改變基本不會 影響i-v曲線的變化，因此這些參數(shù)稱為非靈敏參數(shù)。另一方面，在最接近的已知模型文件 中一些其它參數(shù)值的改變會顯著影響i-v曲線和/或C-V曲線的變化，因此這些參數(shù)稱為 靈敏參數(shù)。這些靈敏度分析用于確定哪些參數(shù)是關于在器件目標設置中參數(shù)值的改變、以 及由此對于i-v曲線和C-V曲線的改變最靈敏的參數(shù)。對于晶體管，靈敏參數(shù)包括但不限 于電性柵極氧化物的厚度Toxe、閾值電壓Vth0、體效應參數(shù)kl和k2、遷移率ii 0、飽和速 率Vsat等。
下面可以解釋需要確定最靈敏參數(shù)的原因。為了保護作為器件特征之間的固有關 系的器件物理性質(zhì)，希望在最接近的已知模型文件中改變盡可能少的參數(shù)，且改變的量優(yōu) 選盡可能小。然而，如果改變非靈敏參數(shù)，則將會出現(xiàn)在器件目標設置中的目標參數(shù)值基
本沒有改變(這是將這些參數(shù)定義為非靈敏度性的原因)的情況，而且會出現(xiàn)i-v曲線和
c-v曲線基本沒有改變的情況。然而，還會使器件物理性質(zhì)扭曲。因此，非靈敏參數(shù)的改變
具有損壞物理器件的不利特征，且對器件實現(xiàn)希望的目標i-v曲線和目標c-v曲線沒有幫
助。作為比較，靈敏參數(shù)的改變能夠最大限度的保護器件物理性質(zhì)，而且還能更改器件的性
能以擬合目標i-v曲線和目標C-V曲線。 由最接近的已知模型文件開始，通過改變最接近的已知模型文件中的靈敏參數(shù)的
值，由改變的最接近的已知模型文件可以生成新特征曲線，例如i-v曲線和C-V曲線。比較
新特征與各個目標I-V曲線40和目標C-V曲線48以便確定擬合度。如果它們彼此基本擬 合(擬合值為真)，那么將會得到在器件目標設置中的參數(shù)的目標值，而且改變的最接近的 已知模型文件將用作目標器件的模型文件，例如，32nm技術的晶體管。然而，如果由改變的 最接近的已知模型文件生成的新I-V曲線和C-V曲線不能分別擬合目標I-V曲線40和C-V 曲線48 (擬合值為假)，則需要進一步改變最接近的已知模型文件。需要重復執(zhí)行這些改變 和比較步驟，直到改變的最接近的已知模型文件(在下文中稱為目標模型文件)正確地反 映具有可接受的誤差差額的目標I-V曲線40、和目標C-V曲線48的希望的器件目標設置。 得到模型文件的過程稱為目標器件的建模。注意，i-v曲線的改變和擬合僅是實例。為了 完成目標模型文件，還需要擬合器件目標設置中的其它參數(shù)和其它翹曲的曲線例如泄漏電 流曲線44，如圖3C所示。當進行擬合時，器件目標設置中的參數(shù)可以被分配權重，而且在決 定改變和擬合處理之前，與具有更低權重的那些參數(shù)相比，被分配更高權重的那些關鍵參 數(shù)需更好地擬合。該關鍵參數(shù)包括，但不限制于飽和電流Idsat，泄漏電流Ioff和有效電流 Ideff。 在得到目標器件的目標模型文件之后，設計者可以使用目標模型文件以便仿真器 件性能，例如，32nm技術的晶體管。優(yōu)選地，在模型文件的上述改變中，需要保持最小的模型 文件改變，這意味著應當改變最少數(shù)量的參數(shù)，而且改變的量應盡可能的小。因此，在重復 改變靈敏參數(shù)以擬合目標i-v曲線和目標C-V曲線的步驟中，應當有能夠獲得相似的擬合 程度的多于一個的備選解決方案。例如，如果kl值變化百分之10和k2值變化百分之20 生成相同的i-v曲線和C-V曲線，則優(yōu)先選擇改變百分之10。類似地，優(yōu)先選擇具有較少量 的改變參數(shù)的一個備選解決方案。 在前述段落中描述的本發(fā)明的建模方法(稱為基于靈敏度最小改變的建模方法，
或SMC)為設計者和市場人員提供了解決問"如果......將會怎么樣"問題的能力，例如，
如果晶體管具有某飽和電流和某泄漏電流時該晶體管性能將是什么的問題。這將有助于確 定技術發(fā)展的方向和評估潛在的晶體管特征，例如它們在用戶電路和產(chǎn)品中的性能。另外， 建模方法不需要復雜的器件目標設置。代替地，可以使用不完整(局部)的器件目標設置 來生成模型文件。 有利地，根據(jù)本發(fā)明的實施例，模型文件不限于某些技術、某些器件和/或某些材 料。例如，使用本發(fā)明的實施例可以開發(fā)形成在體襯底上的晶體管、形成在SOI襯底上的晶 體管、具有多晶硅柵極的晶體管、具有高k/金屬柵極的晶體管、平面晶體管和鰭式場效應晶體管(FinFET)的模型文件。所得到的模型文件將繼承相應晶體管的固有特征，如果存在的話。同樣，具有多于一個晶體管的電路，例如SRAM單元，也可以使用本發(fā)明的實施例來生成模型文件。 雖然已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明和它的優(yōu)勢，但應該理解，在不偏離由附加權利要求定義的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，在這里可以進行各種變更、替代和改變。另外，本申請的范圍不是指限制于說明書中描述的過程、機器、制造、和事件、方式、方法和步驟的組合的特定實施例。由本發(fā)明的公開，本領域的普通技術人員將容易地意識到，根據(jù)本發(fā)明可以使用與在這里描述的相應實施例執(zhí)行基本相同功能或實現(xiàn)基本相同結果的、目前存在或隨后發(fā)展的過程、機器、制造、事件、方式、方法或步驟的組合。因此，附加的權利要求意指包括在它們范圍內(nèi)的這種過程、機器、制造、事件、方式、方法或步驟的組合。
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權利要求
一種用于生成集成電路的目標器件的模型文件的方法，該方法包括提供目標器件；提供用于目標器件的器件目標設置，其中器件目標設置包括目標器件參數(shù)的目標值；確定關于目標器件的最接近的已知模型，其中最接近的已知模型包括第一模型文件；進行靈敏度分析以確定第一模型文件中的靈敏參數(shù)；改變第一模型文件中的靈敏參數(shù)以生成第二模型文件；和使用第二模型文件和器件目標設置中的參數(shù)值來確定仿真電路的擬合值。
2. 如權利要求1的方法，其中還包括利用第一模型文件生成目標器件的靜態(tài)特征曲線；禾口使靜態(tài)特征曲線翹曲以生成擬合器件目標設置的翹曲的靜態(tài)曲線，其中利用第二模型文件確定擬合值的步驟包括利用第二模型文件生成附加的靜態(tài)特征曲線；禾口比較附加的靜態(tài)特征曲線與翹曲的靜態(tài)曲線以確定擬合值。
3. 如權利要求1的方法，其中還包括利用第一模型文件生成目標器件的靜態(tài)動態(tài)特征曲線；禾口使動態(tài)特征曲線翹曲以生成擬合器件目標設置的翹曲的動態(tài)曲線，其中利用第二模型文件確定擬合值的步驟包括利用第二模型文件生成附加的動態(tài)特征曲線；禾口比較附加的動態(tài)特征曲線和翹曲的動態(tài)曲線以確定擬合值。
4. 如權利要求l的方法，其中目標器件包括晶體管，且器件目標設置包括飽和電流、泄漏電流、電性柵氧化物厚度和有效柵長度。
5. 如權利要求l的方法，其中改變第一模型文件中的靈敏參數(shù)的步驟包括找到改變靈敏參數(shù)的第一備選解決方案和改變靈敏參數(shù)的第二備選解決方案，并從第一備選解決方案和第二備選解決方案中選擇具有更少數(shù)量的改變的靈敏參數(shù)的一種方案。
6. 如權利要求l的方法，其中改變第一模型文件中的靈敏參數(shù)的步驟包括找到改變靈敏參數(shù)的第一備選解決方案和改變靈敏參數(shù)的第二備選解決方案，并從第一備選解決方案和第二備選解決方案中選擇具有其中一個靈敏參數(shù)的改變幅值較小的一種方案。
7. —種生成用于集成電路的器件的模型文件的方法，該方法包括提供目標晶體管；提供用于目標晶體管的器件目標設置，其中器件目標設置包括目標參數(shù)值；確定關于目標晶體管的備選已知模型的列表；從備選已知模型的列表中選擇最接近的已知模型，其中最接近的已知模型包括第一模型文件；由最接近的已知模型生成I-V曲線和C-V曲線；使I-V曲線和C-V曲線翹曲以生成擬合器件目標設置中的至少一個目標參數(shù)值的翹曲的I-V曲線和翹曲的C-V曲線；進行靈敏度分析以確定第一模型文件中的靈敏參數(shù)；改變第一模型文件中的靈敏參數(shù)以生成第二模型文件；利用第二模型文件仿真目標晶體管的性能；禾口將所述性能與翹曲的i-v曲線和翹曲的C-V曲線進行比較以確定擬合值。
8. 如權利要求7的方法，其中擬合值是"假的"且該方法還包括改變第二模型文件中的靈敏參數(shù)以生成第三模型文件；禾口利用第三模型文件仿真目標晶體管的附加性能，并比較該附加性能與翹曲的i-v曲線和翹曲的c-v曲線以確定附加擬合值。
9. 如權利要求7的方法，其中器件目標設置包括飽和電流、泄漏電流、電性柵氧化物厚度和有效柵長度。
10. 如權利要求9的方法，其中翹曲I-V曲線的步驟包括由器件目標設置中的飽和電流計算特征電流；禾口擴展i-v曲線以擬合飽和電流和特征電流。
11. 如權利要求1或7的方法，其中靈敏參數(shù)包括電性柵氧化物的厚度、閾值電壓、體效應參數(shù)kl和k2、遷移率和飽和速率和它們的組合。
12. 如權利要求7的方法，其中目標晶體管是從主要從包括形成在體襯底上的晶體管、形成在絕緣體上硅(SOI)襯底上的晶體管、具有多晶硅柵極的晶體管、具有金屬柵極的晶體管、平面晶體管和鰭式場效應晶體管(FinFET)的組中選擇的類型，且最接近的已知模型是用于與目標晶體管相同類型的晶體管。
13. 如權利要求7的方法，其中還包括給器件目標設置中的第一參數(shù)分配第一權重；給器件目標設置中的第二參數(shù)分配第二權重，其中第二權重大于第一權重；禾口比較所述性能與器件目標設置中的目標參數(shù)值，其中擬合值是不真的，直到所述性能擬合第二參數(shù)不比擬合第一參數(shù)更差為止。
14. 如權利要求1或7的方法，其中在生成第二模型文件的步驟期間，基本上只有在執(zhí)行靈敏度分析的步驟中確定的靈敏參數(shù)被改變。
15. 如權利要求1或7的方法，其中還包括重復在改變靈敏參數(shù)的步驟和確定擬合值的步驟之間的步驟。
全文摘要
一種生成集成電路的目標器件的模型文件的方法，包括提供目標器件；提供用于目標器件的器件目標設置，其中器件目標設置包括目標器件參數(shù)的目標值；確定關于目標器件的最接近的已知模型，其中最接近的已知模型包括第一模型文件；進行靈敏度分析以確定第一模型文件中的靈敏參數(shù)；改變第一模型文件中的靈敏參數(shù)以生成第二模型文件；和使用第二模型文件和器件目標設置中的參數(shù)值來確定仿真電路的擬合值。
文檔編號G06F17/50GK101727515SQ20091014698
公開日2010年6月9日 申請日期2009年6月5日 優(yōu)先權日2008年10月27日
發(fā)明者曾健庭, 蘇大衛(wèi), 許炳堅 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司