一種采用溫度模型進(jìn)行曲線擬合的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用溫度模型進(jìn)行曲線擬合的方法，涉及半導(dǎo)體特性表征或建模領(lǐng)域。該方法為：分別測量器件在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)的各種特性曲線；根據(jù)所述特性曲線，計算各種特性指標(biāo)的溫度系數(shù)；根據(jù)所述溫度系數(shù)建立溫度效應(yīng)模型；根據(jù)所述溫度效應(yīng)模型對所述器件的特性曲線進(jìn)行曲線擬合，獲得曲線擬合精度；判斷擬合后的曲線擬合精度是否在所述器件的測試特性曲線預(yù)設(shè)精度范圍內(nèi)，若是，結(jié)束；若否，則調(diào)整所述溫度系數(shù)建立溫度效應(yīng)模型。本發(fā)明通過對測量器件在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)的特性曲線，使得器件在溫度為:-40℃～125℃下的器件曲線擬合更為準(zhǔn)確,大幅度提高器件模型在高低溫條件下工作的精度。
【專利說明】一種采用溫度模型進(jìn)行曲線擬合的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件表征或建模領(lǐng)域，尤其涉及一種采用溫度模型進(jìn)行曲線擬合的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路工藝技術(shù)的進(jìn)步，CMOS器件的關(guān)鍵尺寸越來越小，器件的二級效應(yīng)對器件特性的影響也越來越大。常規(guī)的全局模型(global model,如BSIM4)已經(jīng)很難準(zhǔn)確表征器件特性，于是業(yè)界開始大量使用局部參數(shù)(binning)來提高建模過程中的曲線擬合精度。這種引入局部參數(shù)的方法對于器件的常溫(25°C)特性曲線擬合很有幫助。但是對于溫度效應(yīng)，常規(guī)模型通常是基于已發(fā)現(xiàn)的半導(dǎo)體物理機(jī)制，只提供了少量的溫度效應(yīng)參數(shù)，如半導(dǎo)體本征載流子、閾值電壓、載流子的遷移率和漂移速度等隨溫度的變化系數(shù)，緊湊型模型(compact model)提供了較為完善的解析公式，因此實際測量的器件特性曲線可以擬合很好。但是對于一些溫度效應(yīng)，甚至反常的溫度效應(yīng)，如先進(jìn)CMOS工藝中特有的溫度反型效應(yīng)(temperature inversion effect),如果仍然采用常規(guī)緊湊型模型,擬合精度較差，甚至無法擬合，因此在高溫和低溫狀態(tài)下的器件曲線擬合常常較為困難，對模型的精度帶來很大的損失。
[0003]中國專利(CN102385647B)公開了一種建立MOSFET模型的方法，該方法包括1、以所述MOSFET的柵極長度和柵極寬度為坐標(biāo)軸建立坐標(biāo)系，并在所述坐標(biāo)系的整個器件尺寸陣列中提取全局模型；2、將所述步驟I所提取的全局模型中的參數(shù)DvtO、DvtU Dvt2、nix、prwg、prwb> k3、k3b、w0、dwg、dwb、b0、bl、11、lw、Iwl、ww、wl> wwl 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。
[0004]該專利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(diǎn)，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。但并沒有解決高溫和低溫狀態(tài)下的器件曲線擬合困難，給模型的精度帶來很大的損失的問題。
[0005]中國專利(CN102214260A)公開了一種對半導(dǎo)體器件進(jìn)行提參建模的方法，該方法包括:用半導(dǎo)體參數(shù)測試儀對半導(dǎo)體器件進(jìn)行測試，得到該半導(dǎo)體器件的原始數(shù)據(jù)；用提參軟件從該半導(dǎo)體器件的原始數(shù)據(jù)中提取參數(shù)，得到舊模型參數(shù)；在得到的舊模型參數(shù)中加入宏模型，形成含有未知參數(shù)的準(zhǔn)新模型；獲取新模型參數(shù)，將該新模型參數(shù)加入到含有未知參數(shù)的準(zhǔn)新模型中，形成新模型。
[0006]該專利使用了宏模型，實現(xiàn)了對新加模型參數(shù)提取的自動化，從而使得復(fù)雜的提參建模變的更加簡單和高效。但并沒有解決高溫和低溫狀態(tài)下的器件曲線擬合困難，給模型的精度帶來很大的損失的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明為解決高溫和低溫狀態(tài)下的器件曲線擬合困難，給模型的精度帶來很大損失的問題，從而提供一種采用溫度模型進(jìn)行曲線擬合的方法的技術(shù)方案。
[0008]本發(fā)明所述一種采用溫度模型進(jìn)行曲線擬合的方法，包括下述步驟:
[0009]步驟1.分別測量器件在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)的特性曲線；
[0010]步驟2.根據(jù)所述特性曲線，獲取溫度系數(shù)；
[0011 ] 步驟3.根據(jù)所述溫度系數(shù)建立溫度效應(yīng)模型；
[0012]步驟4.根據(jù)所述溫度效應(yīng)模型對所述器件的特性曲線進(jìn)行曲線擬合，獲得曲線擬合精度；
[0013]步驟5.判斷擬合后的曲線擬合精度是否在所述器件的測試特性曲線預(yù)設(shè)精度范圍內(nèi)，若是，結(jié)束；若否，執(zhí)行步驟3。
[0014]優(yōu)選的，步驟I中所述預(yù)設(shè)溫度范圍為:-40°C?125°C。
[0015]優(yōu)選的，步驟I中所述特性曲線包括:M0S管的轉(zhuǎn)移特性曲線、MOS管輸出特性曲線、跨導(dǎo)特性曲線、輸出電阻、輸出電導(dǎo)特性曲線和柵電流特性曲線。
[0016]優(yōu)選的，步驟2中所述溫度系數(shù)為:閾值電壓溫度系數(shù)、線性電流溫度系數(shù)、飽和電流溫度系數(shù)、泄漏電流溫度系數(shù)、跨導(dǎo)溫度系數(shù)、輸出電阻溫度系數(shù)、電導(dǎo)溫度系數(shù)和柵電流溫度系數(shù)。
[0017]優(yōu)選的，步驟4中進(jìn)行曲線擬合的具體過程為:根據(jù)所述溫度效應(yīng)模型進(jìn)行仿真獲得所述器件的特性曲線，將所述特性曲線與所述器件的測試曲線進(jìn)行比較，獲得曲線擬合精度。
[0018]優(yōu)選的，步驟5中所述預(yù)設(shè)精度為:所述仿真特性曲線與所述測試曲線進(jìn)行比較，獲得的誤差，所述誤差小于等于5%。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020]本發(fā)明通過對測量器件在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)的特性曲線，使得器件在溫度為:-40°C?125°C下的器件曲線擬合更為準(zhǔn)確，大幅度提高器件模型在高低溫條件下工作的精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明所述采用溫度模型進(jìn)行曲線擬合的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明提供一種采用溫度模型進(jìn)行曲線擬合的方法，包括下述步驟:
[0024]步驟1.分別測量器件在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)的特性曲線，預(yù)設(shè)溫度范圍為:-40°C?125°C，特性曲線包括:M0S管的轉(zhuǎn)移特性曲線(IDVG)、MOS管輸出特性曲線(IDVD)、跨導(dǎo)特性曲線(GM)、輸出電阻特性曲線(ROUT)、輸出電導(dǎo)特性曲線(GDS)和柵電流特性曲線(IG)
坐寸ο
[0025]步驟2.根據(jù)所測的特性曲線，獲取各種性能指標(biāo)的溫度系數(shù)，主要的溫度系數(shù)有:閾值電壓溫度系數(shù)、線性電流溫度系數(shù)、飽和電流溫度系數(shù)、泄漏電流溫度系數(shù)、跨導(dǎo)溫度系數(shù)、輸出電阻溫度系數(shù)、電導(dǎo)溫度系數(shù)和柵電流的溫度系數(shù)等；
[0026]步驟3.根據(jù)溫度系數(shù)，評估并建立溫度效應(yīng)模型，然后據(jù)此設(shè)定溫度模型參數(shù)；[0027]步驟4.根據(jù)此溫度效應(yīng)模型對器件的特性曲線進(jìn)行曲線擬合，獲得曲線擬合精度，進(jìn)行曲線擬合的具體過程為:根據(jù)溫度效應(yīng)模型進(jìn)行仿真獲得器件的各種特性曲線，將仿真特性曲線與器件的實際測試曲線進(jìn)行比較，獲得曲線擬合精度；
[0028]步驟5.判斷擬合后的曲線擬合精度是否在器件的測試特性曲線預(yù)設(shè)精度(仿真特性曲線與測試曲線進(jìn)行比較，獲得的誤差，誤差小于等于5% )范圍內(nèi)，若是，結(jié)束；若否，執(zhí)行步驟3。
[0029]目前在對器件特性的建模過程中，經(jīng)常會遇到室溫條件下的CMOS輸出特性曲線可以很好地擬合，但對不同溫度條件下的曲線擬合精度很差。一方面是因為業(yè)界常用模型(如BSM4)中溫度參數(shù)比較少，另一方面是由于這些模型中的溫度效應(yīng)的靈敏度比較低。在本實施例中加入閾值電壓溫度系數(shù)、線性電流溫度系數(shù)、飽和電流溫度系數(shù)和泄漏電流溫度系數(shù)等參數(shù)后，可以對大尺寸的W/L= 10/10um(W為柵極寬度，L為柵極長度)的器件采用大尺寸的柵極長度和寬度的體電荷效應(yīng)系數(shù)t0_A0來進(jìn)行擬合；采用大尺寸的柵極長度、小尺寸的柵極寬度的體電荷效應(yīng)系數(shù)tl_A0來擬合W/L = 10/0.04um的短溝道器件不同溫度的輸出特性；采用小尺寸的柵極長度、大尺寸的柵極寬度的體電荷效應(yīng)系數(shù)tw_A0來對調(diào)整窄溝器件W/L = 0.12/10um曲線；采用小尺寸的柵極長度、小尺寸的柵極寬度的體電荷效應(yīng)系數(shù)tp_A0來優(yōu)化W/L = 0.12/0.04um的小器件的輸出特性。對不同尺寸的器件，使用不同參數(shù)來擬合，可以使得擬合精度提高。實際模型的建立過程，以及溫度系數(shù)設(shè)定如下述程序所示:
【權(quán)利要求】
1.一種采用溫度模型進(jìn)行曲線擬合的方法，其特征在于，包括下述步驟: 步驟1.分別測量器件在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)的特性曲線； 步驟2.根據(jù)所述特性曲線，獲取溫度系數(shù)； 步驟3.根據(jù)所述溫度系數(shù)建立溫度效應(yīng)模型； 步驟4.根據(jù)所述溫度效應(yīng)模型對所述器件的特性曲線進(jìn)行曲線擬合，獲得曲線擬合精度； 步驟5.判斷擬合后的曲線擬合精度是否在所述器件的測試特性曲線預(yù)設(shè)精度范圍內(nèi)，若是，結(jié)束；若否，執(zhí)行步驟3。
2.如權(quán)利要求1所述一種采用溫度模型進(jìn)行曲線擬合的方法，其特征在于，步驟I中所述預(yù)設(shè)溫度范圍為:-40°C~125°C。
3.如權(quán)利要求1所述一種采用溫度模型進(jìn)行曲線擬合的方法，其特征在于，步驟I中所述特性曲線包括=MOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線、MOS管輸出特性曲線、跨導(dǎo)特性曲線、輸出電阻、輸出電導(dǎo)特性曲線和柵電流特性曲線。
4.如權(quán)利要求1所述一種采用溫度模型進(jìn)行曲線擬合的方法，其特征在于，步驟2中所述溫度系數(shù)為:閾值電壓溫度系數(shù)、線性電流溫度系數(shù)、飽和電流溫度系數(shù)、泄漏電流溫度系數(shù)、跨導(dǎo)溫度系數(shù)、輸出電阻溫度系數(shù)、電導(dǎo)溫度系數(shù)和柵電流溫度系數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述一種采用溫度模型進(jìn)行曲線擬合的方法，其特征在于，步驟4中進(jìn)行曲線擬合的具體過程為:根據(jù)所述溫度效應(yīng)模型進(jìn)行仿真獲得所述器件的特性曲線，將所述特性曲線與所述器件的測試曲線進(jìn)行比較，獲得曲線擬合精度。
6.如權(quán)利要求5所述一種采用溫度模型進(jìn)行曲線擬合的方法，其特征在于，步驟5中所述預(yù)設(shè)精度為:所述仿真特性曲線與所述測試曲線進(jìn)行比較，獲得的誤差，所述誤差小于等于5%。
【文檔編號】G06F17/50GK104021239SQ201410164079
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】商干兵, 俞柳江, 范茂成, 程嘉 申請人:上海華力微電子有限公司