專利名稱：一種建立mosfet模型的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體器件模型領(lǐng)域，具體涉及一種金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFET)模型的建立方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，集成電路的規(guī)模越來越大，復雜程度越來越高。對器件進行建模仿真已經(jīng)成為集成電路設(shè)計中越來越重要的一個步驟。其可以大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計、制造周期，提高效率，節(jié)約成本，提高成品率等。目前，建立MOSFET模型主要采用兩種方法一種是分塊模型(Binning Model)方法，另一種是全局模型(GlcAal Model)方法。分塊模型(Binning Model) 一般是在圖1所示的器件尺寸陣列中提取的。圖中橫坐標L為MOSFET的柵極長度，縱坐標W為MOSFET的柵極寬度。分塊模型(Binning Model) 方法將尺寸陣列分為若干個(幾個到幾十個)方塊(bin)，每個方塊(bin)具有自己的模型，稱為子模型。每個子模型的參數(shù)由其對應方塊(bin)的四個角上的器件模型(稱之為單模型，Single Model)所對應的參數(shù)計算得出。最終的分塊模型(Binning Model)就是由所有的子模型組成的。分塊模型(Binning Model)因其先對每個器件分別提取單模型 (Single Model)，然后把所有的單模型(Single Model)通過“binning”的過程生成最終的分塊模型(Binning Model)；所以該分塊模型(Binning Model)與陣列中的點對應的器件符合地很好。但是這種模型仿真速度慢，參數(shù)大多沒有特定的物理意義。同時，該模型由許多子模型構(gòu)成，模型維護比較困難，容易出現(xiàn)參數(shù)的不連續(xù)問題。如果出現(xiàn)參數(shù)的不連續(xù)問題，就需要重新調(diào)節(jié)相關(guān)尺寸器件的模型，然后重新經(jīng)過“binning”過程生成新的分塊模型 (Binning Model)。如果還有參數(shù)不連續(xù)的問題，還需要重復以上過程，直至沒有參數(shù)的不連續(xù)。全局模型(GlcAal Model)是用一個模型仿真全部尺寸的器件，該模型利用晶體管的性能與其尺寸之間的物理關(guān)系而提取各個參數(shù)值。全局模型的提取如圖2所示。圖中橢圓中的器件為全局模型提取所用到的主要器件。全局模型(Global Model)只使用一套參數(shù)擬合所有器件。這套參數(shù)稱為全局參數(shù)(G0LBAL PARAMETER)，其具有物理意義。由此建立起來的全局模型(Global Model)具有物理趨勢，不會出現(xiàn)參數(shù)不連續(xù)的問題。所以全局模型(GlcAal Model)相對于分塊模型(Binning Model)來說維護簡單、省時省力。但對于單個器件來說，全局模型(Global Model)沒有分塊模型(Binning Model)符合得好，精度較差。鑒于分塊模型(Binning Model)和全局模型(GlcAal Model)各自的缺陷，如何快速建立一種既沒有參數(shù)連續(xù)性問題，同時擬合精度又好的半導體器件模型就顯得非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種建立MOSFET模型的方法，在消除參數(shù)不連續(xù)的同時還具有很好的模型精度，并且能快速建立模型。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種建立MOSFET模型的方法，所述方法包括如下步驟步驟1、以所述MOSFET的柵極長度和柵極寬度為坐標軸建立坐標系，并在所述坐標系的整個器件尺寸陣列中提取全局模型；步驟2、將所述步驟1所提取的全局模型中的參數(shù) DvtO、Dvtl、Dvt2、nix、prwg、prwb、k3、k3b、w0、dwg、dwb、bO、bl、ll、lw、lwl、ww、wl、wwl 都設(shè)置為ο ；步驟3、以所述步驟2所提取的全局模型為基礎(chǔ)，提取所述器件尺寸陣列中所有 MOSFET器件的單模型；步驟4、提取分塊模型。進一步的，所述步驟1包括A、提供一初始全局模型；B、提取大尺寸器件相關(guān)參數(shù)；C、提取寬且短溝道器件相關(guān)參數(shù)；D、提取長且窄溝道器件相關(guān)參數(shù)；E、提取小尺寸器件相關(guān)參數(shù)。其中，所述步驟C和步驟D可以互換順序?？蛇x的，所述初始全局模型為BSIM3模型或由模型提取軟件自動提取的全局模型?？蛇x的，所述大尺寸器件相關(guān)參數(shù)包括VthO、UO、Ua、Ub、Uc、Kl、aO、ags、keta?？蛇x的，所述寬且短溝道器件相關(guān)參數(shù)包括DvtO、DvtU Dvt2、nix、lint、rdsw、 prwg、prwb、etaO、etab、pclm、pvag、vsat?？蛇x的，所述長且窄溝道器件相關(guān)參數(shù)包括k3、k3b、w0、wint、dwg、dwb、b0、bl?？蛇x的，所述小尺寸器件相關(guān)參數(shù)包括11、1W、1W1、WW、W1、WW1?？蛇x的，所述步驟3包括調(diào)節(jié)所述全局模型中的相關(guān)參數(shù)，使得所述全局模型的擬合曲線與各個MOSFET器件的測試曲線相吻合；其中所述相關(guān)參數(shù)包括VthO和ags。所述相關(guān)參數(shù)還包括UO、Ua、Ub、Uc、kl、a0、keta?？蛇x的，所述步驟4包括對所述整個器件尺寸陣列分塊，然后建立各個所述方塊的子模型，最后生成所述分塊模型。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果是用全局的方法建立分塊模型，結(jié)合了全局模型和分塊模型的優(yōu)點，在消除參數(shù)不連續(xù)的同時還具有很好的模型精度，并且能快速建立模型。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的提取分塊模型的MOSFET器件尺寸陣列示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的提取全局模型的MOSFET器件尺寸陣列示意圖；圖3是本發(fā)明的MOSFET器件尺寸陣列示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。本發(fā)明提供的建立MOSFET模型的方法，在傳統(tǒng)BSIM3的基礎(chǔ)上，結(jié)合了分塊模型 (Binning Model)和全局模型(Global Model)，用全局(Global)的方法來提取分塊模型 (Binning Model)。本發(fā)明提供的建立MOSFET的方法具體步驟如下1、在整個器件尺寸陣列中提取全局模型(GlcAal Model)。以MOSFET的柵極長度L為橫坐標，以MOSFET的柵極寬度w為縱坐標建立坐標系。單個MOSFET在該坐標系中用一個點表示，所有MOSFET對應在該坐標系中的點構(gòu)成一個器件尺寸陣列。對該器件尺寸陣列中的所有MOSFET提取一個全局模型(GlcAal Model)。該全局模型(GlcAal Model)提取的過程如下A、提供一個初始全局模型該初始全局模型可以是一個BSIM3模型。該初始模型的參數(shù)可以是系統(tǒng)默認的參數(shù)，也可以是他人提取的BSIM3模型參數(shù)。該初始模型還可以由模型提取軟件(如 BsimProPlus,MBP)自動提取的全局模型。B、提取大尺寸器件相關(guān)參數(shù)對于器件尺寸陣列中的大尺寸器件(溝道寬且長)(如圖3中的大尺寸器件301)， 調(diào)節(jié)步驟A中的初始全局模型中與大尺寸相關(guān)的參數(shù)，使得該初始全局模型的擬合曲線與該大尺寸器件的測試曲線吻合。本發(fā)明所涉及到的器件的測試曲線主要有4種，包括線性區(qū)的Ids-Vgs，飽和區(qū)的Ids-Vgs, Ids-Vds (Vbs = 0V)，Ids-Vds (Vbs為允許的最大襯底偏壓)。與大尺寸相關(guān)的參數(shù)主要有VthO (閾值電壓)、U0 (室溫低電場表面遷移率)、fe (遷移率退化一次項系數(shù))、證(遷移率退化二次項系數(shù))、Uc (遷移率體效應系數(shù))、Kl (體效應系數(shù))、aO (Abulk的溝道長度系數(shù))、ags (Abulk的柵壓系數(shù))、keta (Abulk的體效應系數(shù))。其中，Abulk(body charge coefficient，體電荷系數(shù))是Bsim3模型里的一個中間變量。這樣就確定了本發(fā)明的全局模型(Global Model)中與大尺寸器件相關(guān)的參數(shù)，也就是確定了用于仿真大尺寸器件的參數(shù)。C、提取寬且短溝道器件相關(guān)參數(shù)對于器件尺寸陣列中的寬且短溝道器件(如圖3中的橢圓302中的器件)，在步驟B的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)該全局模型中與寬且短溝道相關(guān)的參數(shù)，使得該全局模型的擬合曲線與該寬且短溝道器件的測試曲線吻合。與寬且短溝道的參數(shù)主要有Dvt0(電荷共享效應系數(shù))、Dvtl (電荷共享效應的溝道長度指數(shù)系數(shù))、Dvt2 (電荷共享效應的體效應系數(shù))、nix (反短溝效應系數(shù))、lint (直流時的溝道長度偏移量)、rdsw (單位寬度上的源漏電阻)、prwg(rdSw的柵壓系數(shù))、prwb(rdsw的體效應系數(shù))、eta0(DIBL效應系數(shù))、 etab (DIBL效應的體效應系數(shù))、pclm (計算漏極電流時的溝道長度調(diào)制系數(shù))、pvag (Early 電壓的柵壓系數(shù))、vsat (載流子飽和速度)。這樣就確定了本發(fā)明的全局模型(Global Model)中與寬且短溝道器件相關(guān)的參數(shù)，也就是確定了用于仿真寬且短溝道器件的參數(shù)。D、提取長且窄溝道器件相關(guān)參數(shù)對于器件尺寸陣列中的長且窄溝道器件(如圖3中的橢圓303中的器件)，在步驟 C的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)該全局模型中與長且窄溝道相關(guān)的參數(shù)，使得該全局模型的擬合曲線與該長且窄溝道器件的測試曲線吻合。與長且窄溝道的參數(shù)主要有k3(閾值電壓窄溝效應系數(shù))、k3b (閾值電壓窄溝效應的體效應系數(shù))、w0 (計算閾值電壓窄溝效應時的溝道寬度偏移量)、wint (直流時的溝道寬度偏移量)、dwg (溝道寬度偏移量柵壓系數(shù))、dwb (溝道寬度偏移量體效應系數(shù))、b0 (Abulk的窄溝系數(shù))、bl (Abulk的窄溝偏移量)。這樣就確定了本發(fā)明的全局模型(GlcAal Model)中與長且窄溝道器件相關(guān)的參數(shù)，也就是確定了用于仿真長且窄溝道器件的參數(shù)。E、提取小尺寸器件相關(guān)參數(shù)對于器件尺寸陣列中的小尺寸器件(溝道窄且短)(如圖3中的小尺寸器件304)，在步驟D的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)該全局模型中與小尺寸相關(guān)的參數(shù)，使得該全局模型的擬合曲線與該小尺寸器件的測試曲線吻合；同時需要兼顧短溝道和窄溝道器件的擬合情況。與小尺寸相關(guān)的參數(shù)主要有11(直流時溝道長度偏移量的長度相關(guān)系數(shù))、Iw (直流時溝道長度偏移量的寬度相關(guān)系數(shù))、Iwl (直流時溝道長度偏移量的長度寬度相關(guān)系數(shù))、直流時溝道寬度偏移量的寬度相關(guān)系數(shù))、wl (直流時溝道寬度偏移量的長度相關(guān)系數(shù))、胃1 (直流時溝道寬度偏移量的寬度長度相關(guān)系數(shù))。這樣就確定了本發(fā)明的全局模型(Global Model)中與小尺寸器件相關(guān)的參數(shù)，也就是確定了用于仿真小尺寸器件的參數(shù)。作為一種可選的實施方式，步驟C和步驟D可以互換順序。這樣經(jīng)過步驟A、B、C、D、E后得到了整個器件尺寸陣列的全局模型(Global Model)。作為一種優(yōu)選的實施方式，整個器件尺寸陣列中，步驟A、B、C、D、E未用到的器件可以用來驗證該全局模型(GlcAal Model)的準確性。2、將步驟1所提取的全局模型(GlcAal Model)中的寬且短溝道器件相關(guān)參數(shù) DvtO、Dvtl、Dvt2、nix、prwg、prwb,長且窄溝道器件相關(guān)參數(shù) k3、k3b、w0、dwg、dwb、b0、bl， 小尺寸器件相關(guān)參數(shù)11、lw、IwU ww, wU wwl都設(shè)置為0。將經(jīng)過步驟A、B、C、D、E后所得到的全局模型(GlcAal Model)中寬且短溝道器件相關(guān)參數(shù)(步驟C所提取的DVtO、Dvtl、Dvt2、nix、prwg、prwb)、長且窄溝道器件相關(guān)參數(shù) (步驟D所提取的k3、k3b、w0、dwg、dwb、b0、bl)、小尺寸器件相關(guān)參數(shù)(步驟E所提取的 11、lw、lwl、ww、wl、wwl)均設(shè)置為 0。3、以步驟2所提取的全局模型(Global Model)為基礎(chǔ)，提取器件尺寸陣列中所有器件的單模型(Single Model)。對于整個器件尺寸陣列中的每一個器件，以步驟2所提取的全局模型(Global Model)為基礎(chǔ)，調(diào)節(jié)該全局模型(GlcAal Model)中的相關(guān)參數(shù)(主要是大尺寸器件相關(guān)參數(shù))，使得該全局模型(Global Model)的擬合曲線與各個器件的測試曲線相吻合。這樣就可以提取器件尺寸陣列中所有器件的單模型(Single Model)。這里所要調(diào)節(jié)的大尺寸器件相關(guān)參數(shù)主要為Vth0、ags、U0、Ua、WKUc、kl、a0、keta。其他參數(shù)也可微調(diào)。4、提取分塊模型(Binning Model)以步驟3中所提取的器件尺寸陣列中所有器件的單模型(Single Model)為基礎(chǔ)， 提取分塊模型(Binning Model)。這里提取分塊模型(Binning Model)可以用傳統(tǒng)的分塊模型(Binning Model)建立方法。主要步驟為先對整個器件尺寸陣列分塊，然后建立各個方塊(bin)的子模型，最后將各個分塊生成最終的分塊模型(Binning Model)(如圖1所示)。本發(fā)明提供的建立MOSFET模型的方法，在建立全局模型后，將上述步驟C，D，E中的參數(shù) DvtO、Dvtl> Dvt2> nix、prwg、prwb、k3、k3b、w0> dwg、dwb、b0、bl、11、lw、lwl、ww、 wl、wwl清零，其余參數(shù)不變。之后，提取每個器件的單模型時，只需主要調(diào)整Vth0、ags、U0、 Ua、Ub、Uc、kl、a0、keta (主要為VthO，ags)就可以獲得很好的效果。由于參數(shù)DvtO、Dvt 1、 Dvt2、nix、prwg、prwb、k3、k3b、w0、dwg、dwb、b0、bl、11 > lw> lwl> ww> wl> wwl 清零后的全局模型(步驟幻的擬合曲線，與每個器件相應的測試曲線只需先通過平移、然后局部微調(diào)就可以符合得很好。而該平移、局部微調(diào)主要是通過調(diào)節(jié)大尺寸器件相關(guān)參數(shù)Vth0、ags、U0、 Ua、WKUC、kl、a0、keta，尤其是VthO和ags。這樣對于每個器件的單模型的提取就十分方便、快捷。由于是微調(diào)，調(diào)整幅度較小，所以在之后建立的分塊模型(Binning Model)就不會存在參數(shù)的不連續(xù)問題。 在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實施例。應當理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實施例。
權(quán)利要求
1.一種建立MOSFET模型的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟步驟1、以所述MOSFET的柵極長度和柵極寬度為坐標軸建立坐標系，并在所述坐標系的整個器件尺寸陣列中提取全局模型；步驟2、將所述步驟1所提取的全局模型中的參數(shù)DvtO、Dvtl、Dvt2、nix、prwg、prwb、 k3、k3b、w0、dwg、dwb、bO、bl、11、lw、Iwl、ww、wl、wwl 都設(shè)置為 O ；步驟3、以所述步驟2所提取的全局模型為基礎(chǔ)，提取所述器件尺寸陣列中所有MOSFET 器件的單模型；步驟4、提取分塊模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建立MOSFET模型的方法，其特征在于，所述步驟1包括A、提供一初始全局模型；B、提取大尺寸器件相關(guān)參數(shù)；C、提取寬且短溝道器件相關(guān)參數(shù)；D、提取長且窄溝道器件相關(guān)參數(shù)；E、提取小尺寸器件相關(guān)參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的建立MOSFET模型的方法，其特征在于，所述步驟C和步驟D互換順序。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的建立MOSFET模型的方法，其特征在于，所述初始全局模型為BSIM3模型或由模型提取軟件自動提取的全局模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的建立MOSFET模型的方法，其特征在于，所述大尺寸器件相關(guān)參數(shù)包括VthO、UO、Ua、Ub、Uc、Kl、aO、ags、keta。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的建立MOSFET模型的方法，其特征在于，所述寬且短溝道器件相關(guān)參數(shù)包括DvtO、Dvtl、Dvt2、nlx、lint、rdsw、prwg、prwb、etaO、etab、pclm、pvag、 vsato
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的建立MOSFET模型的方法，其特征在于，所述長且窄溝道器件相關(guān)參數(shù)包括k3、k3b、w0、wint、dwg、dwb、b0、bl。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的建立MOSFET模型的方法，其特征在于，所述小尺寸器件相關(guān)參數(shù)包括11、lw、Iwl、ww λ wl、wwl。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的建立MOSFET模型的方法，其特征在于，所述步驟3 包括調(diào)節(jié)所述全局模型中的相關(guān)參數(shù)，使得所述全局模型的擬合曲線與各個MOSFET器件的測試曲線相吻合；其中所述相關(guān)參數(shù)包括VthO和ags。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的建立MOSFET模型的方法，其特征在于，所述相關(guān)參數(shù)還包括 UO> Ua、Ub、Uc、kl、a0、keta。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的建立MOSFET模型的方法，其特征在于，所述步驟4包括對所述整個器件尺寸陣列分塊，然后建立各個所述方塊的子模型，最后生成所述分塊模型。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種建立MOSFET模型的方法，包括1、以所述MOSFET的柵極長度和柵極寬度為坐標軸建立坐標系，并在所述坐標系的整個器件尺寸陣列中提取全局模型；2、將所述步驟1所提取的全局模型中的參數(shù)Dvt0、Dvt1、Dvt2、nlx、prwg、prwb、k3、k3b、w0、dwg、dwb、b0、b1、l1、lw、lw1、ww、w1、ww1都設(shè)置為0；3、以所述步驟2所提取的全局模型為基礎(chǔ)，提取所述器件尺寸陣列中所有MOSFET器件的單模型；4、提取分塊模型。該方法用全局的方法建立分塊模型，結(jié)合了全局模型和分塊模型的優(yōu)點，在消除參數(shù)不連續(xù)的同時還具有很好的模型精度，并且能快速建立模型。
文檔編號G06F17/50GK102385647SQ20101027204
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月1日
發(fā)明者朱正鵬 申請人:上海宏力半導體制造有限公司