專利名稱：一種建立mosfet模型的方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件模型領域，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：
隨著集成電路產業的發展，集成電路的規模越來越大，復雜程度越來越高。對器件進行建模仿真已經成為集成電路設計中越來越重要的一個步驟。其可以大大縮短產品的設計、制造周期，提高效率，節約成本，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，參數大多沒有特定的物理意義。同時，該模型由許多子模型構成，模型維護比較困難，容易出現參數的不連續問題。如果出現參數的不連續問題，就需要重新調節相關尺寸器件的模型，然后重新經過“binning”過程生成新的分塊模型 (Binning Model)。如果還有參數不連續的問題，還需要重復以上過程，直至沒有參數的不連續。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系而提取各個參數值。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)只使用一套參數擬合所有器件。這套參數稱為全局參數(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，不會出現參數不連續的問題。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連續性問題，同時擬合精度又好的半導體器件模型就顯得非常必要。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種建立MOSFET模型的方法，在消除參數不連續的同時還具有很好的模型精度，并且能快速建立模型。為解決上述技術問題，本發明提供了一種建立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 DvtO、Dvtl、Dvt2、nix、prwg、prwb、k3、k3b、w0、dwg、dwb、bO、bl、ll、lw、lwl、ww、wl、wwl 都設置為ο ；步驟3、以所述步驟2所提取的全局模型為基礎，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參數；C、提取寬且短溝道器件相關參數；D、提取長且窄溝道器件相關參數；E、提取小尺寸器件相關參數。其中，所述步驟C和步驟D可以互換順序。可選的，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。可選的，所述大尺寸器件相關參數包括VthO、UO、Ua、Ub、Uc、Kl、aO、ags、keta。可選的，所述寬且短溝道器件相關參數包括DvtO、DvtU Dvt2、nix、lint、rdsw、 prwg、prwb、etaO、etab、pclm、pvag、vsat。可選的，所述長且窄溝道器件相關參數包括k3、k3b、w0、wint、dwg、dwb、b0、bl。可選的，所述小尺寸器件相關參數包括11、1W、1W1、WW、W1、WW1。可選的，所述步驟3包括調節所述全局模型中的相關參數，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；其中所述相關參數包括VthO和ags。所述相關參數還包括UO、Ua、Ub、Uc、kl、a0、keta。可選的，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。與現有的技術相比，本發明的技術效果是用全局的方法建立分塊模型，結合了全局模型和分塊模型的優點，在消除參數不連續的同時還具有很好的模型精度，并且能快速建立模型。
圖1是現有技術的提取分塊模型的MOSFET器件尺寸陣列示意圖；圖2是現有技術的提取全局模型的MOSFET器件尺寸陣列示意圖；圖3是本發明的MOSFET器件尺寸陣列示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。本發明提供的建立MOSFET模型的方法，在傳統BSIM3的基礎上，結合了分塊模型 (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。該初始模型的參數可以是系統默認的參數，也可以是他人提取的BSIM3模型參數。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參數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)， 調節步驟A中的初始全局模型中與大尺寸相關的參數，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。本發明所涉及到的器件的測試曲線主要有4種，包括線性區的Ids-Vgs，飽和區的Ids-Vgs, Ids-Vds (Vbs = 0V)，Ids-Vds (Vbs為允許的最大襯底偏壓)。與大尺寸相關的參數主要有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)、證(遷移率退化二次項系數)、Uc (遷移率體效應系數)、Kl (體效應系數)、aO (Abulk的溝道長度系數)、ags (Abulk的柵壓系數)、keta (Abulk的體效應系數)。其中，Abulk(body charge coefficient，體電荷系數)是Bsim3模型里的一個中間變量。這樣就確定了本發明的全局模型(Global Model)中與大尺寸器件相關的參數，也就是確定了用于仿真大尺寸器件的參數。C、提取寬且短溝道器件相關參數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的基礎上，調節該全局模型中與寬且短溝道相關的參數，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主要有Dvt0(電荷共享效應系數)、Dvtl (電荷共享效應的溝道長度指數系數)、Dvt2 (電荷共享效應的體效應系數)、nix (反短溝效應系數)、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)、prwb(rdsw的體效應系數)、eta0(DIBL效應系數)、 etab (DIBL效應的體效應系數)、pclm (計算漏極電流時的溝道長度調制系數)、pvag (Early 電壓的柵壓系數)、vsat (載流子飽和速度)。這樣就確定了本發明的全局模型(Global Model)中與寬且短溝道器件相關的參數，也就是確定了用于仿真寬且短溝道器件的參數。D、提取長且窄溝道器件相關參數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的基礎上，調節該全局模型中與長且窄溝道相關的參數，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主要有k3(閾值電壓窄溝效應系數)、k3b (閾值電壓窄溝效應的體效應系數)、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)、dwb (溝道寬度偏移量體效應系數)、b0 (Abulk的窄溝系數)、bl (Abulk的窄溝偏移量)。這樣就確定了本發明的全局模型(GlcAal Model)中與長且窄溝道器件相關的參數，也就是確定了用于仿真長且窄溝道器件的參數。E、提取小尺寸器件相關參數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的基礎上，調節該全局模型中與小尺寸相關的參數，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。與小尺寸相關的參數主要有11(直流時溝道長度偏移量的長度相關系數)、Iw (直流時溝道長度偏移量的寬度相關系數)、Iwl (直流時溝道長度偏移量的長度寬度相關系數)、直流時溝道寬度偏移量的寬度相關系數)、wl (直流時溝道寬度偏移量的長度相關系數)、胃1 (直流時溝道寬度偏移量的寬度長度相關系數)。這樣就確定了本發明的全局模型(Global Model)中與小尺寸器件相關的參數，也就是確定了用于仿真小尺寸器件的參數。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參數 DvtO、Dvtl、Dvt2、nix、prwg、prwb,長且窄溝道器件相關參數 k3、k3b、w0、dwg、dwb、b0、bl， 小尺寸器件相關參數11、lw、IwU ww, wU wwl都設置為0。將經過步驟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參數(步驟C所提取的DVtO、Dvtl、Dvt2、nix、prwg、prwb)、長且窄溝道器件相關參數 (步驟D所提取的k3、k3b、w0、dwg、dwb、b0、bl)、小尺寸器件相關參數(步驟E所提取的 11、lw、lwl、ww、wl、wwl)均設置為 0。3、以步驟2所提取的全局模型(Global Model)為基礎，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，調節該全局模型(GlcAal Model)中的相關參數(主要是大尺寸器件相關參數)，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)。這里所要調節的大尺寸器件相關參數主要為Vth0、ags、U0、Ua、WKUc、kl、a0、keta。其他參數也可微調。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， 提取分塊模型(Binning Model)。這里提取分塊模型(Binning Model)可以用傳統的分塊模型(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 DvtO、Dvtl> Dvt2> nix、prwg、prwb、k3、k3b、w0> dwg、dwb、b0、bl、11、lw、lwl、ww、 wl、wwl清零，其余參數不變。之后，提取每個器件的單模型時，只需主要調整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、然后局部微調就可以符合得很好。而該平移、局部微調主要是通過調節大尺寸器件相關參數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，調整幅度較小，所以在之后建立的分塊模型(Binning Model)就不會存在參數的不連續問題。 在不偏離本發明的精神和范圍的情況下還可以構成許多有很大差別的實施例。應當理解，除了如所附的權利要求所限定的，本發明不限于在說明書中所述的具體實施例。
權利要求
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DvtO、Dvtl、Dvt2、nix、prwg、prwb、 k3、k3b、w0、dwg、dwb、bO、bl、11、lw、Iwl、ww、wl、wwl 都設置為 O ；步驟3、以所述步驟2所提取的全局模型為基礎，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.根據權利要求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參數；C、提取寬且短溝道器件相關參數；D、提取長且窄溝道器件相關參數；E、提取小尺寸器件相關參數。
3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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參數包括VthO、UO、Ua、Ub、Uc、Kl、aO、ags、keta。
6.根據權利要求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參數包括DvtO、Dvtl、Dvt2、nlx、lint、rdsw、prwg、prwb、etaO、etab、pclm、pvag、 vsato
7.根據權利要求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參數包括k3、k3b、w0、wint、dwg、dwb、b0、bl。
8.根據權利要求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參數包括11、lw、Iwl、ww λ wl、wwl。
9.根據權利要求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 包括調節所述全局模型中的相關參數，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；其中所述相關參數包括VthO和ags。
10.根據權利要求9所述的建立MOSFET模型的方法，其特征在于，所述相關參數還包括 UO> Ua、Ub、Uc、kl、a0、keta。
11.根據權利要求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Dvt0、Dvt1、Dvt2、nlx、prwg、prwb、k3、k3b、w0、dwg、dwb、b0、b1、l1、lw、lw1、ww、w1、ww1都設置為0；3、以所述步驟2所提取的全局模型為基礎，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，結合了全局模型和分塊模型的優點，在消除參數不連續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 優先權日2010年9月1日
發明者朱正鵬 申請人:上海宏力半導體制造有限公司