半導體電路器件模擬方法和半導體電路器件模擬器的制作方法

專利名稱：半導體電路器件模擬方法和半導體電路器件模擬器的制作方法
技術領域：
本發明涉及晶體管以及由晶體管構成的半導體電路器件的特性的模擬方法，以及用于實現該方法的半導體電路器件特性模擬器。
本發明尤其涉及由于NBTI(Negative Bias TemperatureInstability，負偏壓溫度不穩定性)現象導致的MIS(金屬絕緣半導體)晶體管和包括MIS晶體管的半導體電路器件的特性退化的模擬方法，以及用于實現該方法的模擬器。
背景技術：
作為正在被開發的高密度、高集成度和小型化的半導體集成電路器件，包括MIS晶體管等，比如構成半導體集成電路器件的MOS晶體管，的半導體電路器件的尺寸的微型化技術的開發引人注目。
在技術開發中，由于晶體管特性的退化，包括MIS晶體管等比如MOS晶體管的半導體電路器件的可靠性是一個重大的問題。
隨著MOS晶體管特性的退化，例如，漏極電流隨著時間退化。漏極電流的退化導致特性的退化，電路的延遲時間隨著時間而增加。當延遲時間的增加超過一定程度時，半導體集成電路中或者與外部之間的信號輸入輸出操作就可能出現定時錯誤，從而導致包括該半導體集成電路的整個系統出現錯誤操作。
在以前，主要在MOS晶體管的特性退化方面研究了熱載流子退化。例如，日本待審專利公開No.11-135388和日本待審專利公開No.2001-352059描述了有關熱載流子退化的內容。
熱載流子退化現象是這樣一種現象由于強電場而在MOS晶體管的漏極端產生具有高能量的電子和電子空穴(下面稱為“熱載流子”)，這些熱載流子使柵極氧化物膜的特性退化。
1985年在IEEE上提出的“幸運電子模型”(Lucky Electronmodel)(以下稱為LE模型)用公式1表示如下，它是當前使用的一種用于模擬熱載流子退化的現有技術，是一種計算特性退化模型的方法，該特性退化模型限于與由于強電場導致的高能熱電子有關的現象。
ΔP=(time·Idsw(IbIds)m)n...(1)]]>這里，ΔP表示當過去時間time時晶體管特性的退化量，Ids表示晶體管的源極/漏極電流，Ib表示襯底電流，w表示溝道寬度，m和n是常數。
以前，用LE模型表示的晶體管退化，也就是，用源極/漏極電流Ids和襯底電流Id表示的晶體管退化，是最值得注意的退化現象。
但是，隨著MOS晶體管變得小型化，發現了一種新的退化現象，稱為NBTI(負偏壓溫度不穩定性)，確認了這種現象是一個問題。
NBTI退化現象指的是這樣一種現象當在高溫條件下對構成晶體管的半導體襯底中的晶體管柵極連續施加負電壓(負偏壓)時，晶體管的特性比如驅動能力(激勵能力，drive ability)退化。尤其是，在MIS型晶體管比如具有表面溝道結構的p型MOS晶體管(其中用氮化物作為柵極絕緣膜)中，由于NBTI退化現象導致的特性退化就很大。
在MOS晶體管中，NBTI退化現象被解釋為在硅襯底和氧化物硅絕緣膜之間的邊界上發生的化學反應的平衡狀態的高溫條件導致的現象，其隨著負電壓的施加而變。在NBTI退化現象中，盡管晶體管特性的退化總體上隨時間而進展，但是退化量會在短時間內升降。已經在針對NBTI退化現象進行改進晶體管結構以便不產生特性退化的研究。并且，基于存在NBTI退化現象的假設，也已經在尋找通過精確地知曉細節并對NBTI退化現象進行計算，來通過模擬設計具有高可靠性的半導體器件的方法。
但是，傳統的模擬方法，例如LE模型，不能充分地處理NBTI退化現象中的特性退化的變化，因此其不足以正確地評估由于NBTI退化現象而導致的退化量，從而設計具有高可靠性的半導體器件或者半導體集成電路。結果，難以根據晶體管的特性退化來正確地設置設計裕度。
當設計裕度被設置得比所需要的大時，半導體芯片面積就會變大，從一個晶片制造的半導體芯片的數量就降低。因此，應當盡可能地避免設置比實際需要大的裕度。
另一方面，當未設置必要的充分大的設計裕度時，半導體電路器件的壽命就會變短。
但是，在傳統的方法中，由于沒有正確地表達退化的直流部分的變化，指出了有很高的可能是NBTI退化現象中的退化量被高估了。下面將解釋退化的直流部分。
另外，在NBTI退化現象中，由于工作時晶體管的溫度以及作為負偏壓而施加的負電平柵壓而導致的晶體管特性退化的變化完全不為所知。但是，當不把晶體管特性退化考慮進來時，就存在不能正確地認識NBTI退化現象，從而不能正確地估計退化的問題。例如，有可能低估或者高估退化量。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種方法，通過正確地估計將晶體管退化現象考慮在內時的特性退化量的變化，來正確地模擬包括晶體管的電路的特性退化現象。
本發明還有一個目的是提供一種半導體特性模擬器，用于有效地實施上述模擬方法。
本發明還有一個目的是使得能夠有效地生產半導體電路器件通過使用上述模擬方法和/或半導體特性模擬器，設計具有高可靠性的半導體電路器件。
根據本發明的第一方面，提供了一種半導體電路器件模擬方法，用于利用計算處理裝置來模擬向包括MIS晶體管的半導體電路器件施加負偏壓和無偏電壓(bias free voltage)時的電路特性，該方法包括第一步，用于獲得所述晶體管的特性的基礎退化量(XD)，所述基礎退化量與施加給所述晶體管的負偏壓、所述晶體管的工作溫度和形成所述晶體管之后經過的時間有關；第二步，用于計算在向所述晶體管施加所述負偏壓的第一期間，所述晶體管隨著施加負偏壓的持續時間而退化的退化量(ΔPD)；第三步，用于計算所述退化的晶體管的特性隨著第二期間的持續時間的恢復量(ΔPR)，所述第二期間是停止對所述晶體管施加所述負偏壓，或者對所述晶體管施加電平高于所述負偏壓的無偏電壓的期間；以及第四步，用于將所述基礎退化量(XD)和所述退化量(ΔPD)相加，并從相加結果中減去所述恢復量(ΔPR)，從而計算總退化量(P)。
最好，對于通過將一段過去的時間分為多個(j)時間區而獲得的每一個時間區(Δtj)，計算一直到壽命“lt”的退化量的變化量(exp(β(Vgj-Vg0)×Δtj)，并根據下述公式計算總退化量(P)time=eQ/k·(1/T0-1/T)·eα·Σj=1lt(eβ·(Vgj-Vg0)·Δtj)]]>P=C·Σk=1[timen]time=stimektime=etimek]]>其中，time是時間，Q是表示晶體管特性的常數，k是波爾茲曼常數，T0是晶體管的基準絕對工作溫度(K)，T是晶體管的絕對工作溫度，α和β是通過試驗獲得的常數；Vg0是參考柵壓，
Vgj是在時間j的柵壓，C是一個常數，lt是壽命。
最好，在所述第二步判斷所述晶體管是否由于施加所述負偏壓而退化，當產生退化時計算所述退化量(ΔPD)。
根據以下公式中的任何一個進行退化量(ΔPD)的計算(1)ΔPD(t)＝CD+BD×log(t)其中，CD和BD是根據負偏壓確定的常數，由下面的公式定義，t是施加所述負偏壓后過去的時間，CD=CDVenCV/Vg]]>BD=BDVenBV/Vg]]>或者CD=CDVeαCV+βCV·Vg]]>BD=BDVeαBV+βBV·Vg]]>其中CDV和BDV是從試驗獲得的常數，nCV和nBV是從試驗獲得的常數，αCV、βCV、αBV、βBV是從試驗獲得的常數，Vg是作為施加給所述晶體管的負偏壓的柵壓。
(2)ΔPD(t)＝CD+BD×log(t)
其中，CD和BD是根據負偏壓確定的常數，由下面的公式定義，t是施加所述負偏壓后過去的時間，CD=CDV(enCV/Vg±CDVPenCVP/Vgp)]]>BD=BDV(enBV/Vg±BDVPenBVP/Vgp)]]>或者CD=CDV(eαCV+βCV·Vg±CDVPeαCVP+βCVP·Vgp)]]>BD=BDV(eαBV+βBV·Vg±BDVPeαBVP+βBVP·Vgp)]]>其中CDV和BDV是從試驗獲得的常數，nCV和nBV是從試驗獲得的常數，αCV、βCV、αBV、βBV是從試驗獲得的常數，Vg是作為施加給所述晶體管的負偏壓的柵壓。
(3)ΔPD(t)＝CD+BD×log(t)其中，CD和BD是根據負偏壓和所述晶體管的溫度確定的常數，由下面的公式定義，t是施加所述負偏壓后過去的時間，CD=CDVenCV/Vg]]>BD=BDVenBV/Vg]]>
或者CD=CDVeαCV+βCV·Vg]]>BD=BDVeαBV+βBV·Vg]]>其中CDV和BDV是由工作中的所述晶體管的溫度確定的常數，由以下公式定義，nCV和nBV是從試驗獲得的常數，αCV、βCV、αBV、βBV是從試驗獲得的常數，Vg是作為施加給所述晶體管的負偏壓的柵壓，CDV=CDVT·eQDC/k·(1/T0-1/T)]]>BDV=BDVT·eQDB/k·(1/T0-1/T)]]>其中，CDVT、QDC、BDVT和QDB是從試驗獲得的常數，其中T是晶體管的絕對工作溫度，T0是晶體管的基準絕對工作溫度(K)，k是波爾茲曼常數。
最好，在所述第三步中判斷所述晶體管的退化是否由于施加所述無偏電壓而產生恢復，當產生恢復時，進行所述恢復量(ΔPR)的計算。
根據下述公式中的任何一個進行恢復量(ΔPR)的計算(1)ΔPR＝CR+BR×log(t)其中，CR和BR是下述公式定義的常數
CR=CRVMenCRVM/Vgm]]>BR=BRVMenRBVM/Vgm]]>或者CR=CRVMeαCRVM+βCRVM·Vgm]]>BR=BRVMeαBRVM+βBRVM·Vgm]]>其中CRVM和BRVM是從試驗獲得的常數，nCRVM和nBRVM是從試驗獲得的常數，αCRVM和αBRVM是從試驗獲得的常數，βCRVM和βBRVM是從試驗獲得的常數，Vgm是在施加負偏壓期間的最大柵壓。
(2)ΔPR＝CR+BR×log(t)其中，CR和BR是下述公式定義的常數CR=CRVM(enCRVM/Vgm±CRVenCRV/Vg)]]>BR=BRVM(enRBVM/Vgm±BRVenBRV/Vg)]]>或者
CR=CRVM(eαCRVM+βCRVM·Vgm±CRVeαCRV+βCRV·Vg)]]>BR=BRVM(eαBRVM+βBRVM·Vgm±BRVPeαBRV+βBRV·Vg)]]>其中CRVM和BRVM是從試驗獲得的常數，nCRVM和nBRVM是從試驗獲得的常數，αCRVM和αBRVM是從試驗獲得的常數，βCRVM和βBRVM是從試驗獲得的常數，αCRV和αBRV是從試驗獲得的常數，βCRV和βBRV是從試驗獲得的常數，Vgm是在施加負偏壓期間的最大柵壓。
(3)ΔPR＝CR+BR×log(t)其中，CR和BR是下述公式定義的常數CR=CRVMenCRVM/Vgm]]>BR=BRVMenRBVM/Vgm]]>或者CR=CRVMeαCRVM+βCRVM·Vgm]]>BR=BRVMeαBRVM+βBRVM·Vgm]]>其中CRVM和BRVM是與晶體管的溫度有關的常數，由下面的公式確定，nCRVM和nBRVM是從試驗獲得的常數，αCRVM和αBRVM是從試驗獲得的常數，
βCRVM和βBRVM是從試驗獲得的常數，Vgm是在施加負偏壓期間的最大柵壓，CRVM=CRVMT·eQRC/k·(1/T0-1/T)]]>BRVM=BRVMT·eQRB/k·(1/T0-1/T)]]>其中，CDVT、QDC、BDVT和QDB是從試驗獲得的常數，其中T是晶體管的絕對工作溫度，T0是晶體管的基準絕對工作溫度，k是波爾茲曼常數。
最好，當所述晶體管的特性退化到預定的容許退化值時，將直到達到該退化值之前的累計時間作為該晶體管的壽命在所述第一步中輸出。
最好，該模擬方法還包括下述步驟根據在所述第一步中獲得的各晶體管的總退化量，從多個晶體管中僅僅選擇一個總退化量比預定的設定值大的晶體管，對該晶體管再次進行特性模擬。
最好，該模擬方法還包括從在所述第一步中獲得的多個晶體管的退化量建立一個晶體管的退化量表的步驟；以及參考所述退化量表，對于多個各由MIS晶體管組成的基本電路中的每一個獲得一個退化量的步驟。
最好，該模擬方法還包括下述步驟對于所述各晶體管的多組柵壓條件以及多個晶體管的工作溫度條件，依次計算每一個晶體管的特性退化和特性恢復。
最好該模擬方法還包括下述步驟通過在所述晶體管的特性恢復到一個預定值時設置一個新的柵壓來計算所述恢復量。
根據本發明的第二方面，提供了一種模擬向包括MIS晶體管的半導體電路器件施加負偏壓和無偏電壓(bias free voltage)時的電路特性的模擬方法，包括條件輸入步驟，用于輸入所述半導體電路器件的使用條件；模擬退化前的電路的步驟，用于根據所述輸入的使用條件進行所述半導體電路器件中的一個晶體管的工作的模擬，并計算該晶體管的有效柵壓；退化量模擬步驟，用于計算所述晶體管的特性的退化量(ΔPD)和恢復量(ΔPR)，計算所述晶體管的壽命，并計算總退化量(P)；計算退化后的所述晶體管的特性并模擬所述半導體電路器件的工作的步驟；以及輸出所述模擬結果的步驟。
根據本發明的第三和第四方面，提供一種模擬器，用于實現上述第一和第二方面的模擬方法。
在本發明的半導體特性模擬方法中，獲取基本退化量XD、退化變化量ΔPD、特性恢復量ΔPR和總退化量P。根據這些量，通過將退化量相對于基礎退化量XD的變化(增加)以及特性的恢復(退化量相對于基礎退化量XD的降低)考慮進來而進行特性變化的模擬。據之獲得晶體管特性的退化量，該退化量取決于在形成晶體管之后的測量步驟或者老化步驟(burn-in step，燒進步驟)中第一次施加電壓之后過去的時間，或者交付使用之后過去的時間。


圖1A和圖1B的視示了在本發明的第一實施例中，晶體管特性的退化和恢復以及它們與柵壓的相關性；圖2A和2B的視示了晶體管特性退化量的柵壓依賴性；圖3A和3B的視示了晶體管特性恢復量的柵壓依賴性；圖4的視解了在本發明的第二實施例中，通過分出多個時間區而計算晶體管特性的基礎退化量的方法；圖5的視示了根據本發明的第三實施例，半導體器件特性模擬器的配置；圖6的視示了本發明第三實施例中的常數測量裝置的配置；圖7的流程示了根據本發明第三實施例，半導體器件特性模擬器的計算處理的內容；
圖8的流程示了圖7所示的步驟2的處理細節；圖9的流程示了圖7所示步驟3的處理細節；圖10的流程示了圖7所示步驟5的處理細節；圖11的視示了根據本發明第四實施例的半導體器件特性模擬器的配置；圖12的流程示了本發明第四實施例的半導體器件特性模擬器的計算處理的內容。
具體實施例方式
下面參照附圖描述本發明的半導體特性模擬方法和半導體特性模擬設備的優選實施例。
第一實施例本發明的發明人從試驗數據發現了MIS晶體管的NBTI(負偏壓溫度不穩定性)退化現象的細節，特別是晶體管的特性退化現象和特性退化之后晶體管特性的恢復現象的細節，根據這些試驗數據，發現了用于模擬NBTI退化現象、表達所述退化現象和恢復現象的經驗公式。
圖1A和圖1B簡要地圖示了作為NBTI退化現象的晶體管特性比如驅動(激勵)能力和閾電壓隨著時間的變化，并圖示了一個例子，其中，晶體管特性由于施加給晶體管柵極的柵壓而隨時間退化。圖1A圖示了柵壓Vg的脈沖波形隨時間的變化。在圖1B中，縱軸表示任何特性量的總退化量ΔP，橫軸表示時間的流逝。
如圖1A和1B所示，當在期間TD中對晶體管施加一個負電平的柵壓Vg(第二柵壓Vg2)作為負偏壓時，晶體管的退化特性上升，也就是曲線D(退化特性繼續)。另一方面，當在期間TR結束對晶體管施加作為負偏壓的柵壓Vg2時，或者施加一個第一柵壓Vg1例如Vg1＝0作為電平比第二柵壓Vg2高的無偏電壓(bais free voltage)時，晶體管的退化特性下降，也就是曲線R(退化特性恢復)。
當向晶體管的柵極定期地或者非定期地施加交替變化到作為無偏電壓的第一柵壓Vg1和作為負偏壓的負電平第二柵壓Vg2的脈沖柵壓Vg時，如圖1A所示，退化進程和退化恢復不斷地重復，但是總退化量P仍然隨著時間而增加。
在對晶體管的柵極施加負電平柵壓Vg(Vg2)的各個期間TD，連接退化的最小值或者恢復的最大值(最低點)的曲線L1也稱為退化量的直流部分，它沒有考慮進晶體管特性的變化，也就是晶體管的退化和恢復。在下面，直流部分的退化量被稱為“基礎退化量”XD。
傳統上，晶體管特性退化的變化只考慮基礎退化量XD而不考慮特性的恢復，因此與實際的特性退化不同。在本發明中，將特性的恢復也考慮進來。
在圖1B中，晶體管特性的退化隨著施加給晶體管的負電平(L)的柵壓(第二柵壓)Vg2而產生的期間，也就是曲線D上升的時間區TD，被稱為“退化期間”。晶體管特性隨著作為無偏電壓的高電平(H)(例如Vg＝0)柵壓(第一柵壓)Vg1的施加或者隨著結束作為負偏壓的負電平(L)的第二柵壓Vg2的施加而恢復的期間，也就是曲線R的時間區TR，稱為“恢復期間”。
在下面，在退化期間TD，相對于基礎退化量XD的退化增加量被稱為“退化量的變化量”，或者簡稱為“退化量”，寫作符號ΔPD。在恢復期間TR，相對于基礎退化量的退化減少量稱為“恢復量”，寫作符號ΔPR。
〔退化量ΔPD的計算〕在本發明的實施例中，作為本發明的發明人分析試驗測量結果的結果，獲得下面的公式2。也就是，計算對晶體管施加作為負偏壓的負電平(L)第二柵壓Vg2之后過去的時間t的對數log(t)，來計算晶體管的退化量ΔPD。
ΔPD(t)＝CD+BD·log(t)(2)
其中，CD和BD是常數。
log(t)可以用自然對數ln(t)取代。
退化量ΔPD是一個在退化期間TD從退化期間TD起點的基礎退化量XD發展的退化量，表示晶體管特性的退化量，或者相對于初始特性的退化率(deterioration rate)。作為特性退化量或者相對于初始特性的退化率，例如有作為晶體管的特性值的退化率比如閾值Vth和Swing，以及退化率，比如互導gm、源極漏極電流Ids、截止電流Ioff、柵極電流Ig和Swing。又例如，存在電路模擬器比如SPICE模擬器的常數Vth0、u0和rdsw等的退化率或者退化量。
下面說明獲取常數CD和BD的方法。
(1)當僅考慮負偏壓時如圖1A和1B所示，退化量隨時間的變化ΔPD依賴于施加作為負偏壓的柵壓Vg也就是第二柵壓Vg2的持續時間。因此，常數CD和BD由對晶體管施加第二柵壓Vg2的持續時間確定。
作為本發明的一個實施例，通過公式3或者公式4獲得取決于施加柵壓Vg(Vg2)的持續時間的常數CD，所述公式是基于試驗數據獲得的。
CD=CDVenCV/Vg...(3)]]>其中，CDV和nCV是從試驗獲得的常數。
CD=CDVeαCV+βCV·Vg...(4)]]>其中，CDV、αCV和βCV是從試驗獲得的常數。
以與常數CD相同的方式，利用公式5或者公式6獲得取決于施加作為負偏壓的柵壓Vg也就是第二柵壓Vg2的持續時間的常數BD。
BD=BDVenBV/Vg...(5)]]>其中，BDV和nBV是從試驗獲得的常數。
BD=BDVeαBV+βBV·Vg...(6)]]>其中，BDV、αBV和βBV是從試驗獲得的常數。
實際上，當使用公式3和公式5時，可以重建許多試驗數據，但是當使用公式4和公式6時，部分試驗結果匹配得更好。因此最好相應地使用兩個公式。
(2)當考慮負偏壓和無偏電壓時退化量ΔPD不僅與當前施加給晶體管的作為負偏壓的柵壓Vg(Vg2)有關，而且與剛剛在施加第二柵壓Vg2之前的柵壓Vgp也就是無偏電壓有關。
圖2A和圖2B圖示了退化量ΔPD與剛剛在對晶體管的柵極施加負電平的第二柵壓Vg2之前的柵壓Vgp的相關性。圖2A圖示了施加給晶體管的柵壓Vg的變化。在圖2B中，縱軸表示任何特性量的總退化量P，橫軸表示時間。
在圖2A中，例如假設對柵極分別施加兩種柵壓，也就是高壓Vg1a和低壓Vg1b，作為第一柵壓Vg1，其電平高于恢復期間T1的負電平第二柵壓Vg2的電平。作為一個例子，假設Vg1a＝0V，Vg1b＝-0.6V。
如圖2B所示，在退化期間T2，當對晶體管的柵極施加電平比電壓Vg1b低的第二柵壓Vg2時，晶體管特性退化。根據在恢復期間T1施加給晶體管的第一柵壓Vg1是高壓Vg1a還是低壓Vg1b，在施加第二柵壓Vg2的退化期間T2中晶體管的退化量是不同的。當在恢復期間T1施加高壓Vg1a時，晶體管特性隨著曲線D1而退化。另一方面，當在恢復期間T1施加低壓Vg1b時，晶體管特性隨著曲線D2而退化。也就是，從圖2B的圖解可以知道，退化期間T2的第二柵壓Vg2和恢復期間T1的第一柵壓Vg1之間的電壓差ΔV(＝Vg1-Vg2)越大，退化量就越大。
在本實施例中，基于試驗數據，對于用當前在期間T2中施加的柵壓Vg表達與施加持續時間的相關性的公式3到6，加上退化量ΔPD的與柵壓Vgp(第一柵壓Vg1)的高度相關的分量，從而得到公式7或8以及公式9或10。所述柵壓Vgp(第一柵壓Vg1)是剛剛在期間T1中施加第二柵壓Vg2之前施加于晶體管柵極的柵壓。
CD=CDV(enCV/Vg±CDVPenCVP/Vgp)...(7)]]>CD=CDV(eαCV+βCV·Vg±CDVPeαCVP+βCVP·Vgp)...(8)]]>CDV、nCV、CDVP、nCVP、αCV、βCV、αCVP和βCVP都是從試驗獲得的常數。
BD=BDV(enBV/Vg±BDVPenBVP/Vgp)...(9)]]>BD=BDV(eαBV+βBV·Vg±BDVPeαBVP+βBVP·Vgp)...(10)]]>其中，BDV、nBV、BDVP、nBVP、αBV、βBV、αBVP和βBVP都是從試驗獲得的常數。
應用于公式2的常數CD和BD與在退化期間TD施加的柵壓Vg，也就是第二柵壓Vg2，和在恢復期間TRr施加的柵壓Vgp也就是第一柵壓Vg1，有關。
(3)當考慮溫度依賴性時退化量ΔPD還與晶體管工作時的溫度有關。
作為退化量ΔPD的溫度依賴性，在下面的公式11和12中示出了公式7到10中的常數CD和BD與絕對溫度T之間的關系。
CDV=CDVT·eQDC/k·(1/T0-1/T)...(11)]]>BDV=BDVT·eQDB/k·(1/T0-1/T)...(12)]]>其中，CDVT、QDC、BDVT和QDB是從試驗獲得的常數。T是試驗中晶體管的絕對工作溫度，T0是晶體管的基準絕對工作溫度。k是波爾茲曼常數。
當把公式11和12應用于公式5和7或者公式6和8時，獲得將溫度依賴性考慮在內的常數CD和BD。當把這樣獲得的常數CD和BD應用于公式2時，就計算出將溫度依賴性考慮在內的退化量ΔP。結果，可以計算出精確的退化量ΔP。
〔恢復量ΔPR的計算〕根據試驗測量結果，本發明的發明人發現了在NBTI退化現象中，退化之后特性的恢復狀態的細節，并基于試驗數據找到了表達所述恢復的經驗公式。該經驗公式被表示為下面的公式13ΔPR(t)＝CR+BR·log(t) (13)其中，CR和BR是常數。
log(t)可以用自然對數ln(t)取代。
在本實施例中，如公式13所示，用時間t的對數log(t)計算恢復量ΔPR，所述時間t是在恢復期間T1施加柵壓Vg(在圖2A中是Vg1)之后過去的時間。也就是，利用在期間T2的退化之后在期間T1中從開始恢復時起過去的時間t來計算恢復量ΔPR。
(1)與最大柵壓的相關性恢復量ΔPR隨時間的變化與柵壓Vg的高度相關。另外，恢復量ΔPR還與在過去作為退化期間的負偏壓施加的最大柵壓Vgm相關。
圖3A和3B圖示了恢復量ΔPR與最大柵壓Vgm的相關性。圖3A和3B圖示了MIS晶體管特性由于柵壓而產生的退化。其中，圖3A圖示了柵壓Vg。在圖3B中，縱軸表示任何特性量的總退化量ΔP，橫軸表示時間的對數。
在圖3A中，例如對晶體管的柵極分別施加具有最大幅度的負電平最大柵壓Vgm，以及具有與最大柵壓Vgm相比絕對值(幅度)較小的高電平柵壓Vgx。如圖3B所示，當在退化期間TD對晶體管施加最大柵壓Vgm和柵壓Vgx時，晶體管退化，然后，晶體管特性在恢復期間TR分別沿著曲線R3和R4恢復。從試驗結果可知，表示恢復量隨時間的變化的曲線R3和R4的傾斜角主要取決于在過去施加的最大柵壓Vgm。也就是，在圖3B中，R3和R4的傾斜角取決于最大柵壓Vgm，基本上是相同的。
在本實施例中，使用基于試驗數據獲得的公式14和公式15獲得與最大柵壓Vgm相關的常數CR。
另外，利用公式16或者公式17，獲得與最大柵壓Vgm相關的常數BR。
CR=CRVMenCRVM/Vgm...(14)]]>CR=CRVMeαCRVM+βCRVM·Vgm...(15)]]>BR=BRVMenRBVM/Vgm...(16)]]>BR=BRVMeαBRVM+βBRVM·Vgm...(17)]]>CRVM、nCRVM、αCRVM和βCRVM是從試驗獲得的常數。
BRVM、nBRVM、αBRVM和βBRVM是從試驗獲得的常數。
與退化量ΔPD的計算一樣，實際上，使用公式14和公式16恢復量ΔPR也能夠重建許多試驗數據，但是使用公式15和17時部分試驗結果能夠更好地匹配。因此提供了兩個公式。
(2)與最大柵壓和當前施加柵壓的相關性恢復量ΔPR不僅與過去施加于晶體管柵極的最大柵壓Vgm相關，而且與當前施加的柵壓Vg相關。
對于基于試驗數據獲得的控制恢復量ΔPR的常數CR和BR，通過向表達在過去施加的最大柵壓的相關性的公式14和17加入當前在恢復期間施加的柵壓Vg(無偏電壓)的相關性，得到公式18和19或者公式20和21。
CR=CRVM(enCRVM/Vgm±CRVenCRV/Vg)...(18)]]>CR=CRVM(eαCRVM+βCRVM·Vgm±CRVeαCRV+βCRV·Vg)...(19)]]>BR=BRVM(enRBVM/Vgm±BRVenBRV/Vg)...(20)]]>BR=BRVM(eαBRVM+βBRVM·Vgm±BRVPeαBRV+βBRV·Vg)...(21)]]>CRVM、nCRVM、αCRVM、βCRVM、αCRV和βCRV是從試驗獲得的常數。
BRVM、nBRVM、αBRVM、βBRVM、αBRV和βBRV是從試驗獲得的常數。
基于公式18到21，從在晶體管特性的恢復之前(t＜0)施加的具有較高絕對值的負電平最大柵壓Vgm和當前在恢復期間施加的柵壓Vg(無偏電壓)計算常數CR和BR，將結果例如應用于公式13來計算恢復量ΔPR。
(3)溫度相關性恢復量ΔPR還與晶體管工作時的溫度相關。
作為恢復量ΔPR的溫度相關性，用公式22和23表達了公式18到21(或者公式14到17)中的常數CRVM和BRVM與絕對溫度T之間的關系。
CRVM=CRVMT·eQRC/k·(1/T0-1/T)...(22)]]>BRVM=BRVMT·eQRB/k·(1/T0-1/T)...(23)]]>其中，CRVMT、QRC、BRVMT和QRB是從試驗獲得的常數，等等。T是試驗下晶體管的絕對溫度，T0是基準溫度。
〔總退化量P的計算〕如公式24所示，在退化期間TD產生的總退化量P是基礎退化量XD(t)和退化量ΔPD(t)的和。
P＝ΔPD(t)+XD(t)...(24)在恢復期間TR產生的總退化量P是從基礎退化量XD(t)和在剛剛在對晶體管的柵極施加柵壓之前的退化期間的退化量ΔPD(t)的和中減去恢復量ΔPR(t)而得到的，如公式25所示。
P＝ΔPD(t)-ΔRP(t)+XD(t)...(25)下面的公式26到29是NBTI退化現象中的基礎退化量XD(t)的計算公式。
也就是，下面的公式26到29依次計算施加負電平(L)第二柵壓Vg2(負偏壓)的退化期間的總累計時間作為第一時間time1，以及施加第一柵壓Vg1(無偏電壓)的總累計時間作為第二時間time2。
XD(t)=C·eQ/k·(1/T0-1/T)·(eγ/Vg1·time1+eγ/Vg2·time2)n...(26)]]>XD(t)=C·eQ/k·(1/T0-1/T)·(eα+β·Vg1·time1+eα+β·Vg2·time2)n...(27)]]>XD(t)=C·eQ/k·(1/T0-1/T)·(Σi(eγ/Vgi·timei))n...(28)]]>XD(t)=C·eQ/k·(1/T0-1/T)·(Σi(eα+β·Vgi·timei))n...(29)]]>符號t是在施加柵壓Vg1或者Vg2之后過去的時間。C、α、β、γ、n和Q是從試驗獲得的常數，等等。
公式26和27表示了當施加脈沖柵壓信號Vg時例如如圖1A所示的基礎退化量XD(t)。所述脈沖柵壓信號由負電平(L)第二柵壓Vg2和高電平(H)第一柵壓Vg1構成。
公式28和29表示當向晶體管的柵極施加具有多個電壓值的任何柵壓Vgi(i＝1，2，3，...)時任何一段過去的時間timei(i＝1，2，3，...)的基礎退化量XD(t)。也就是，公式26和27是公式28和29的一般公式。
在下面將要說明的本實施例的晶體管電路模擬中，設定了判斷是否執行退化量ΔPD的計算和是否執行恢復量ΔPR的計算的標準。
例如，當負電平柵壓Vg達到特定值的電平或者較低電平時，就判定晶體管的特性退化的變化開始了，并計算由公式2和公式3到12中的任何一個所表示的退化量，進一步，利用計算出的退化量ΔPD獲得公式24所表達的總退化量P。
同樣，當柵壓Vg達到特定值或者更大值時，就判定退化特性的恢復開始了，計算公式13和公式14到23中的任何一個表示的恢復量ΔPR，進一步，用計算出來的恢復量ΔPR獲得公式25所表示的總退化量P。
根據本發明的第一實施例，通過應用新的NBTI方法來處理晶體管的退化和恢復現象，對于晶體管特性可以獲得接近實際退化量和恢復量的模擬結果，從而，在設計更高級微型化的半導體電路時(例如，在設計規則小于180nm的情況下)，可以得到在高速時最優的可靠性退化裕度。
如前所述，通過模擬精確的可靠性退化裕度，當與現有技術相比退化量降低時，MIS晶體管的尺寸可以變小，因此，產品的晶片占用面積降低，結果，在每一個晶片上能夠生產的半導體電路器件產品的數量增加，從而降低生產成本。另一方面，當與現有技術相比退化量增加時，預先采取應對措施以獲得高度可靠的電路，從而滿足半導體器件的壽命要求。
第二實施例在第一實施例中，為了說明的簡單，用公式26到29表示基礎退化量XD(t)。但是本發明的發明人發現可以在多個時間區中用多個不同的函數來表達實際的基礎退化量XD(t)，而不是象傳統方法中那樣用對一個時間區定義的一個函數。
圖4圖示了基礎退化量XD(t)隨時間的變化，其中，為了說明的目的，比較了傳統的計算方法和本發明的計算方法。
虛直線表示用傳統的計算公式計算的基礎退化量XD’隨時間的變化，實的折線表示本發明的實施例中的基礎退化量。
在本發明的實施例中，例如在三個劃分的時間區(t＜t1，t1＜t＜t2，t＜t2)中，在各時間區中用不同的函數表示各時間區中的基礎退化量XD1、XD2和XD3。例如，在圖4所示的例子中使用公式30和31。
time=eQ/k·(1/T0-1/T)·eα·Σj=1lt(eβ·(Vgj-Vg0)·Δtj)...(30)]]>P=C·Σk=1[timen]time=stimektime=etimek...(31)]]>在公式30和31中，符號Vg0是作為參考(基準)的柵壓，Vgj是在點j的柵壓，Δtj是施加Vgj時的時間，time是轉換到Vg0和基準絕對溫度T0的時間。lt是壽命。符號j是表示時間區的下標，stime--k是在Vg0和T0的條件下時間區j開始時的時間，etime-k是在Vgo和T0的條件下時間區j結束時的時間。
當用公式30和31獲得總退化量P時，例如，預先計算退化量ΔPD或者恢復量ΔPR，用公式30計算到目前為止過去的時間time，將結果代入公式31得到基礎退化量XD。
用公式24或者公式25獲得總退化量P。
用公式30和公式31獲得的退化量是接近實際晶體管特性值的值。也就是，該退化量精確地表示了實際退化量，并且，根據本發明的實施例，可以改善傳統的方法，利用傳統的方法，由于模擬的不精確，估計的退化量比實際的要大。
根據本發明的第二實施例，通過應用一種新的NBTI方法來處理晶體管的退化和恢復現象，對于晶體管特性可以獲得接近實際退化量和恢復量的模擬結果，從而，在設計更高級微型化的半導體電路時(例如，在設計規則小于180nm的情況下)，可以得到在高速時最優的可靠性退化裕度。
另外，在本發明的第二實施例中，如圖4的例子所示，通過對每一個預定的時間區使用不同的退化公式來計算每一個時間區的退化量，可以使晶體管的退化量總體上接近實際量。根據本發明的第二實施例，如圖4所示，可以使退化量小于用傳統方法獲得的退化量值。根據本發明的第二實施例，通過把作為新的NBTI退化現象的晶體管退化的變化考慮在內，可以模擬更精確的退化量。
根據本發明的第二實施例，在許多情況下，與傳統模擬的結果相比，退化量增加了。
另外，根據本發明的第二實施例，通過將新的NBTI恢復現象考慮在內，可以模擬更為精確的最終退化量。
根據本發明的第二實施例，在許多情況下與傳統方法相比，退化量廣泛地下降。
如前所述，通過模擬精確的可靠性退化裕度，當與現有技術相比退化量降低時，MIS晶體管的尺寸可以變小，因此，產品的晶片占用面積降低，結果，在每一個晶片上能夠生產的半導體電路器件產品的數量增加，從而降低生產成本。另一方面，當與現有技術相比退化量增加時，預先采取應對措施以獲得高度可靠的電路，從而滿足半導體器件的壽命要求。
第三實施例下面，作為本發明的第三實施例，說明用于實現上述第一實施例的半導體特性模擬器的一個實施例。
本發明的第三實施例的模擬器依次執行對半導體生產步驟中施加于晶體管并由用戶使用的多個應力條件以及使用條件的處理，模擬晶體管或者包括晶體管的電路的特性的退化和恢復，并對于由MIS晶體管等構成的電路，評估晶體管或者包括晶體管的電路的特性變化。
依次計算晶體管特性的部分或者全部退化，以及晶體管特性的部分或者全部恢復，例如，在半導體生產步驟中對晶體管施加電壓的晶體管特性測量步驟中MIS晶體管特性的退化和恢復，在測量步驟之后由于放置期間(let-stand period)而產生的晶體管特性恢復，在作為生產步驟的燒進(老化)步驟中晶體管特性的退化和恢復(燒進(老化)步驟是通過加熱晶體管過濾初始失效(故障))，在燒進(老化)步驟之后的放置期間中晶體管特性的恢復，當用戶使用時對晶體管施加電壓和由于晶體管的工作而發熱時發生的晶體管特性的退化和恢復，以及在用戶使用后的放置期間中晶體管特性的恢復。從而，能夠更精確地模擬退化量。在許多情況下，通過本發明的實施例的上述方法獲得的退化量例如與象傳統方法那樣只考慮燒進(老化)步驟而獲得的退化量相比大大降低了。
圖5的視示了根據本發明的半導體特性模擬器1的配置。
該半導體特性模擬器1由用于計算如第一實施例所述的晶體管特性的退化和恢復的計算機系統構成，包括，例如，用于執行計算和控制的處理器(CPU)2，存儲模擬模型和用于模型的必要數據的存儲器3，用于接收用于模擬的必要條件等作為輸入數據的輸入部分4，以及用于輸出模擬結果的輸出部分5，以及用于連接處理器2、存儲器3、輸入部分4和輸出部分5的總線6。
注意，半導體特性模擬器1可以被配置為包括多個上述結構，其中，各半導體特性模擬器1進行分布式處理。
存儲器3存儲通過試驗獲得的一組常數7、作為被模擬的對象電路的連接關系數據的網表(net list)8，以及用于執行模擬的模型9等，它們對于在第一實施例中解釋的模擬都是必要的。
被模擬的對象電路的網表7以及對象電路的模擬模型的參考目標，例如晶體管的SPICE電路模擬器的參數的參考目標，被從輸入部分4輸入到處理器2中。
另外，為了依次對包括晶體管的電路的多個使用條件進行處理，并精確地模擬該晶體管或者包括該晶體管的電路的特性的退化和恢復，在模擬電路和晶體管的特性退化時，從輸入部分4向處理器2輸入電路和晶體管的使用條件，比如工作溫度、應用電壓和在該條件下經過的時間。
另外，為了評估通過模擬獲得的退化量，從輸入部分4向處理器2輸入一個退化容許值作為退化后的電路和各晶體管的失效(故障)判斷基準。
處理器2比較作為模擬的結果而獲得的退化量與所述退化容許值，并優化退化后的電路。
所述輸出部分將作為在處理器2中進行模擬的結果而獲得的晶體管的壽命、退化量、總退化量和退化后的特性輸出。
用具有圖6所示配置的設備來測量用半導體特性模擬器1模擬晶體管或者包括晶體管的電路所需的常數組7。在圖6中，用測量裝置11測量晶體管特性。所述測量裝置11由用于測量晶體管特性例如源極漏極電流Ids的DC檢測器組成。一個測量裝置控制部分12例如由計算機構成，根據測量裝置11對晶體管特性進行測量獲得的測量結果計算如第一實施例所述的常數組，并將其輸入模擬器1，存儲在存儲器3中。因此，該測量裝置控制部分12控制測量裝置11來測量晶體管特性數據，根據測量結果自動執行常數的計算。
半導體特性模擬器1使用所述結果來在多個使用條件下依次模擬晶體管的退化。
對于晶體管的每一個門信號寬度(gate length)，測量裝置11和測量裝置控制部分12，例如，測量用于模擬晶體管特性的常數，進一步測量與每一個晶體管的源極和漏極之間的電壓相關的各種數據，將所述結果輸出到半導體特性模擬器1，并存儲到存儲器3中。
如上所述，通過用測量裝置11和測量裝置控制部分12使模擬所需數據的測量自動化，并通過使用測量結果計算常數，可以在短時間內獲得大量的參數，從而可以迅速地(高速)計算晶體管特性的退化和恢復，從而能夠精確地模擬新的NBTI退化現象和恢復現象。
下面參照圖7到圖10描述半導體特性模擬器1的操作。
為了解釋所述模擬的總體處理，半導體器件特性模擬器1首先接收被模擬的對象電路的網表7以及模擬模型8的參考目標(referencedestination)例如晶體管的SPICE電路模擬器的參數的參考目標。然后，半導體特性模擬器1激活模擬模型8，開始目標電路的特性以及構成該目標電路的晶體管的特性的退化的模擬。
圖7是一個流程圖，圖示了半導體特性模擬器1的計算內容。
步驟S1輸入模擬的使用條件。
通過半導體特性模擬器1的輸入部分4向處理器2輸入在晶體管電路的特性測量步驟中作為模擬對象的晶體管電路的使用條件，例如晶體管工作溫度以及其它溫度，柵壓以及其它電壓，晶體管在該條件下工作時過去的時間，等等。
步驟S2退化前電路的模擬。
處理器2根據用于評估晶體管電路由于退化而產生的特性變化的模型9來模擬在晶體管退化之前的電路特性，并將結果存儲到存儲器3中。下面將參照圖8說明處理的細節。
步驟S3每一個晶體管退化量的模擬。
根據針對構成對象電路的每一個MIS晶體管的模型9，例如利用在第一實施例中解釋的公式2到31所定義的計算方法，所述處理器2計算直到達到從輸入部分4輸入的使用條件和規定的流逝時間之前的退化量、恢復量、總退化量和它們與柵壓和溫度的關系。處理器2從輸出部分5輸出所獲得的晶體管的壽命和退化量。下面將結合圖9描述上述處理的細節。
步驟S4下一個使用條件的判斷。
如果，在用戶繼續在例如上述特性測量步驟之后的放置期間(left-stand period)的條件下繼續操作時，繼續在其它使用條件下進行模擬，則在燒進步驟的操作之后有不同的溫度，以及柵極施加電壓和其它電壓，則處理器2返回步驟S1，接收來自輸入部分4的下一個使用條件的輸入，并根據模型9在該條件下重復退化前電路特性的模擬(步驟S2)，以及每一個晶體管的模擬(步驟S3)。
當沒有其它使用條件繼續時，處理器2前進到步驟S5。
步驟S5退化后電路的模擬。為了評估電路由于退化而產生的特性變化，處理器2根據如上所述按照模型9在多個使用條件下獲得的總退化量來模擬電路特性。
后面將參照圖10詳細說明處理的細節。
步驟S6模擬結果的輸出。
處理器2顯示并比較退化后模擬結果與存儲在存儲器3中的退化前電路特性，并評估由于退化而造成的電路特性變化。
另外，處理器2例如從通過上述基于模型9的模擬獲得并存儲在存儲器3中的在各條件下各晶體管的退化量，建立一個退化量庫，從而能夠將這些退化量用于由相同的晶體管構成的其它電路的特性退化模擬。
處理器2還基于退化后模擬結果，根據模型9計算由于特性退化而導致的電路延遲時間的增加，建立一個各電路的延遲量的庫，并將其存儲在存儲器3中，以便它們能夠被用于其它電路的特性退化模擬。
圖8圖示了圖7所示步驟S2中退化前電路特性模擬的內容。
步驟S11電路模擬。
處理器2例如使用作為存儲在存儲器3中的模型9的一部分的電路模擬器、SPICE或者其它電路模擬器，來執行模擬，提取退化前電路特性。
模擬結果被表示為例如柵壓和源極漏極電壓隨時間的變化。
步驟S12有效柵壓的計算。
處理器2從根據模型9由上述方法獲得的模擬結果計算每一個MIS晶體管的有效柵壓，并前進到圖7中的步驟S3。
在處理器2中有效柵壓的計算是使用由測量裝置11計算并存儲在存儲器3中的一組常數7進行的。
圖9圖示了圖7所示步驟S3中的每一個晶體管的退化模擬方法。
步驟S21退化和恢復量的計算。
對于每一個MIS晶體管，處理器2例如使用公式2到31計算直到達到從輸入部分4輸入的使用條件和規定的流逝時間之前晶體管的退化量和恢復量，以及它們與電壓和溫度的相關性。
步驟S22壽命的計算。
根據模型9，處理器2使用對于每一個MIS晶體管輸入的一個退化容許值作為失效(故障)判斷基準，并計算直到瞬時總退化量達到該退化容許值之前的晶體管壽命。
處理器2中退化量和恢復量的計算以及壽命的計算由測量裝置11進行測量，并使用測量裝置控制部分12計算的并存儲在存儲器3中的常數組進行。
處理器2從輸出部分5輸出計算得到的退化量和壽命。
步驟S23總退化量的計算。
根據對于從輸入部分4輸入的所有使用條件在過去計算的退化量，處理器2計算每一個MIS晶體管的總退化量，前進到圖7的步驟S4。處理器2例如在當前使用條件下檢查計算出的退化量ΔPD的最大值和恢復量ΔPR的最小值。也就是，從將過去和當前所有的使用條件考慮在內計算的結果，處理器2使用公式30計算時間time，并將代入公式31獲得的值作為基礎退化量XD。
從公式24和公式25獲得直到此時的總退化量P。
圖10圖示了在圖7所示的步驟S5中退化后電路特性的模擬。
步驟S31退化后特性的計算。
從直到此時在各條件下計算的總退化量，處理器2計算MIS晶體管的退化后模型參數，比如SPICE中退化后的Vth0、u0和rdsw，并從輸出部分5輸出計算出的結果。
步驟S32電路模擬。
使用計算出的模型參數，處理器2執行電路比如SPICE的模擬，計算退化后的電路特性。如前所述，由半導體特性模擬器1對由MIS晶體管等組成的電路依次模擬在多種使用條件下產生的晶體管的退化特性和恢復特性，并評估電路的特性變化。
注意，在實際晶體管電路的使用條件下，不同于周期性的應力施加狀態(stress imposing state)(比如在晶體管工作期間作為例子加以說明的對晶體管施加柵壓)，存在許多作為非周期性的期間的在如上所述的處理之后的非周期性放置期間，比如在半導體生產步驟中測量晶體管特性之后的放置期間、在燒進(老化)步驟之后的放置期間，以及在用戶使用之后關閉電源之后的放置期間。
在這樣的非周期性放置期間，在某些情況下，晶體管和電路的特性繼續恢復到能夠恢復到接近完全無退化的狀態。
本實施例的模擬器檢測在晶體管特性的充分恢復之后檢測到特性被充分恢復，并將這個事實反映到總退化量的計算中。例如，處理器2判斷用公式30和31計算的總退化量P恢復到特定值，并且，在這種情況下，再次設置計算退化和恢復所需的參數或者部分參數。例如，此時，恢復量和最大柵壓Vgm的依賴關系消失，因此在計算恢復量時重置最大柵壓Vgm的值。
根據本發明的第三實施例，通過處理新的NBTI的退化和恢復現象，對于包括晶體管的電路的特性的退化和/或恢復量，可以獲得接近實際值的精確值，從而，在設計更高級微型化的半導體電路時(例如，在設計規則小于180nm的情況下)，可以得到在高速時最優的可靠性退化裕度。
在本實施例中，通過考慮多種使用條件，比如實際的半導體生產步驟和用戶使用時，可以模擬更為精確的退化量。與在傳統方法中只考慮一個步驟獲得的退化量相比，用這樣的方法在本發明的實施例中獲得的退化量一般普遍降低。
根據本發明的實施例，通過將模擬所需的常數的計算以及用測量裝置11和測量裝置控制部分12進行的試驗數據的測量自動化，可以在短時間內獲得模擬所需的大量參數，另外，結果被輸入半導體特性模擬器1，在這里，可以高速計算退化和恢復，從而可以精確地發現新的NBTI的退化現象和恢復現象。
第四實施例下面將描述根據本發明的半導體特性模擬器的其它實施例。
本發明第四實施例的模擬器可以適用于超大規模集成電路(VLSI)的特性退化的模擬。
當模擬超大規模集成電路的特性時，由于電路的結構大而復雜，如果使用一個半導體特性模擬器對所有晶體管進行退化和恢復的模擬，會花非常長的時間。因此，用對晶體管或者基本電路的退化模擬獲得的結果，預先建立晶體管或者基本電路的退化量庫。然后，當要對對象電路進行退化模擬時，可以使用該退化量庫迅速地獲得對象電路的晶體管和包括晶體管的基本電路的退化量。
圖11的視示了根據本發明第四實施例的半導體特性模擬器20的配置。
該半導體特性模擬器20的配置與圖5所示第三實施例中的半導體特性模擬器1基本相同。注意，存儲在存儲器中的為計算所需的數據是不同的。另外，整個模擬器的工作過程也不同于圖5所示半導體特性模擬器1的工作過程。
在第四實施例中，對于與第三實施例相同的部件，使用相同的附圖標記。
半導體特性模擬器20例如包括一個處理器(CPU)2、一個用于存儲模擬模型和模擬所需數據的存儲器3、一個用于接收模擬的必要條件作為輸入的輸入部分4、一個輸出模擬結果的輸出部分5，以及在處理器2、存儲器3、輸入部分4和輸出部分5之間進行連接的總線6。
注意，圖5所示的半導體特性模擬器1可以包括多個上述結構。
除了模擬所需的通過試驗獲得的一組常數之外，存儲器3還存儲一個作為被模擬的對象電路的連接關系數據的網表8，和一個用于進行模擬的模型9、作為從預先對晶體管進行模擬的結果建立的退化量數據的退化量庫21、作為構成作為模擬對象的超大規模集成電路的對象電路的基本電路的數據的基本電路庫22，以及表示對象電路的電路配置的電路圖數據23，等等。
從所述輸入部分4向處理器2輸入模擬的對象電路的使用條件，比如工作溫度、發熱溫度和其它溫度、在半導體電路器件的特性測試步驟中的柵壓和其它電壓，以及在所述條件下過去的時間。另外，從輸入部分4向處理器2輸入容許退化值，作為失效(故障)判斷基準。
輸出部分5輸出作為處理器2的模擬結果的退化后特性和失效(故障)位置。
另外，為了確定模擬所需的常數組，測量試驗數據，提供用于計算常數的測量裝置比如測量裝置11和測量裝置控制部分12并連接到半導體特性模擬器20。
作為所述退化量庫21，對于每一個基本電路組，配置并準備一個退化量。例如可以從如第三實施例所述預先被檢測的晶體管得到的其它電路退化模擬結果建立所述退化量庫21，或者可以基于所有晶體管都退化到最大值的假設來計算退化量從而建立所述庫。這可以例如使用公式30和31容易地計算。
模擬器20中的所述庫包括退化量庫21和由基本電路組的數據組成的基本電路庫22，使用所述退化量庫21和所述基本電路庫22，可以高速地、高精度地計算作為一個電路圖23的對象電路的特性的退化。
下面參照圖12的流程圖說明半導體特性模擬器20的處理內容。圖12是一個流程圖，圖示了半導體特性模擬器20的計算處理的內容。
作為半導體特性模擬器20中的總體處理操作，首先輸入被模擬的對象電路的模擬模型8的參考目標(reference destination)，例如晶體管的SPICE電路模擬的參數的基參考目標。接下來，執行模擬模型8，開始對象電路的特性和構成對象電路的晶體管的特性的退化量和恢復量的模擬。
步驟S41初始電路的模擬。
在執行步驟S44的精確電路模擬之前，處理器2使用模型9進行初始電路模擬。
具體地，處理器2使用退化量庫21和基本電路庫22，對于作為由被包括在基本電路庫22中的基本電路組組成的電路圖23的對象電路高速計算基本電路的退化量。
步驟S42抽出具有較多退化的電路。
處理器2僅僅抽取輸入的失效判斷基準的退化量表明存在不可忽略較大退化量的電路。處理器2還同時抽取對象電路的工作波形和工作模式。
步驟S43合并網表。
處理器2合并網表8，以便，例如，能夠由抽取的電路、所述工作波形和所述基本電路庫22執行SPICE模擬。
步驟S44 精確模擬。
處理器2使用存儲在存儲器3中的網表8來執行更為精確的電路模擬，例如如在第二實施例中所述。
步驟S45失效判斷。
基于在步驟S44中的精確電路模擬結果，處理器2使用輸入的失效判斷基準對電路進行失效判斷。
步驟S46輸出模擬結果。
例如基于來自輸出部分5的失效判斷結果，作為模擬結果的判斷結果，處理器2輸出被判定為失效的位置以及退化后電路的延遲值。
根據第四實施例，與第三實施例中的方式一樣，對于超大規模集成電路也可以高速精確模擬退化量和恢復量。也就是，根據本發明的第四實施例，與第三實施例相同，通過處理退化現象和退化現象中的恢復，在設計更微型化的半導體電路時，可以以最優的方式高速得到接近實際電路的模擬結果，也就是退化量和恢復量，以及可靠性退化裕度。
根據第四實施例，與用于計算退化量的傳統計算公式不同，可以通過分成多個時間區并對每一個時間區計算合適的退化量和恢復量，獲得接近實際晶體管電路的退化量和恢復量的結果。在許多情況下，用本實施例獲得的退化量相對于用傳統方法獲得退化量降低了。
根據本實施例，通過將特性退化的變化考慮進來，可以模擬更為精確的退化量。在本實施例中以這種方式獲得的退化量在許多情況下增加了。
根據本實施例，通過將晶體管特性的恢復考慮進來，可以更為精確地模擬最終退化量。在許多情況下，在本實施例中用這種方法獲得的退化量普遍降低。
根據本實施例，通過考慮從半導體器件的生產到用戶的使用的多種使用條件，可以模擬更為精確的退化量和恢復量，與只考慮一個步驟獲得的退化量相比，退化量可以普遍降低。
另外，根據本發明的實施例，即使在超大規模集成電路的情況下，也可以高速精確地模擬退化量和恢復量。
如上所述，通過精確地模擬晶體管電路的可靠性退化裕度，當用這里的實施例獲得的退化量與用現有技術獲得的退化量相比減小時，可以將MIS晶體管的尺寸做小。結果，可以降低產品中的晶片占用面積，從而可以提高每晶片上能夠生產的產品數量，從而降低生產成本。
另一方面，當用本發明的實施例獲得的退化量與用現有技術的方法獲得的退化量相比變大時，就可以設計這樣的電路，其中，采取措施，使得將可靠性考慮在內，產品可以在預定壽命內正常使用。
如上所述，已經說明了本發明的優選實施例。但是本發明不限于上面說明的實施例，而是可以在本發明的范圍內進行各種變化。
權利要求
1.一種半導體電路器件模擬方法，用于利用計算處理裝置來模擬向包括MIS晶體管的半導體電路器件施加負偏壓和無偏電壓(biasfree voltage)時的電路特性，該方法包括第一步，用于獲得所述晶體管的特性的基礎退化量(XD)，所述基礎退化量與施加給所述晶體管的負偏壓、所述晶體管的工作溫度和形成所述晶體管之后經過的時間有關；第二步，用于計算在向所述晶體管施加所述負偏壓的第一期間，所述晶體管隨著施加負偏壓的持續時間而退化的退化量(ΔPD)；第三步，用于計算所述退化的晶體管的特性隨著第二期間的持續時間的恢復量(ΔPR)，所述第二期間是停止對所述晶體管施加所述負偏壓，或者對所述晶體管施加電平高于所述負偏壓的無偏電壓的期間；以及第四步，用于將所述基礎退化量(XD)和所述退化量(ΔPD)相加，并從相加結果中減去所述恢復量(ΔPR)，從而計算總退化量(P)。
2.如權利要求1所述的模擬方法，其中，對于通過將一段時間分為多個(j)時間區而獲得的每一個時間區(Δtj)，計算一直到壽命“lt”的退化量的變化量(exp(β(Vgj-Vg0)×Δtj)，并根據下述公式計算總退化量(P)time=eQ/K·(1/T0-1/T)·eα·Σj=1lt(eβ·(Vgj-Vg0)·Δtj)]]>P=C·Σk=1[timen]time=stimektime=etimek]]>其中，time是時間，Q是表示晶體管特性的常數，k是波爾茲曼常數，T0是晶體管的基準絕對工作溫度(K)，T是晶體管的絕對工作溫度，α和β是通過試驗獲得的常數；Vg0是參考柵壓，Vgj是在時間j的柵壓，C是一個常數，lt是壽命。
3.如權利要求1或2所述的模擬方法，其中，在所述第二步判斷所述晶體管是否由于施加所述負偏壓而退化，當產生退化時計算所述退化量(ΔPD)。
4.如權利要求3所述的模擬方法，其中，根據以下公式在所述第二步中進行退化量(ΔPD)的計算ΔPD(t)＝CD+BD×log(t)其中，CD和BD是根據負偏壓確定的常數，由下面的公式定義，t是施加所述負偏壓后過去的時間，CD=CDVenCV/Vg]]>BD=BDVenBV/Vg]]>或者CD=CDVeαCV+βCV·Vg]]>BD=BDVeαBV+βBV·Vg]]>其中CDV和BDV是從試驗獲得的常數，nCV和nBV是從試驗獲得的常數，αCV、βCV、αBV、βBV是從試驗獲得的常數，Vg是作為施加給所述晶體管的負偏壓的柵壓。
5.如權利要求3所述的模擬方法，其中，根據以下公式在所述第二步中進行退化量(ΔPD)的計算ΔPD(t)＝CD+BD×log(t)其中，CD和BD是根據負偏壓確定的常數，由下面的公式定義，t是施加所述負偏壓后過去的時間，CD=CDV(enCV/Vg±CDVPenCVP/Vgp)]]>BD=BDV(enBV/Vg±BDVPenBVP/Vgp)]]>或者CD=CDV(eαCV+βCV·Vg±CDVPeαCVP+βCVP·Vgp)]]>BD=BDV(eαBV+βBV·Vg±BDVPeαBVP+βBVP·Vgp)]]>其中CDV和BDV是從試驗獲得的常數，nCV和nBV是從試驗獲得的常數，αCV、βCV、αBV、βBV是從試驗獲得的常數，Vg是作為施加給所述晶體管的負偏壓的柵壓。
6.如權利要求3所述的模擬方法，其中，根據以下公式在所述第二步中進行退化量(ΔPD)的計算ΔPD(t)＝CD+BD×log(t)其中，CD和BD是根據負偏壓和所述晶體管的溫度確定的常數，由下面的公式定義，t是施加所述負偏壓后過去的時間，CD=CDVenCV/Vg]]>BD=BDVenBV/Vg]]>或者CD=CDVeαCV+βCV·Vg]]>BD=BDVeαBV+βBV·Vg]]>其中CDV和BDV是由工作中的所述晶體管的溫度確定的常數，由以下公式定義，nCV和nBV是從試驗獲得的常數，αCV、βCV、αBV、βBV是從試驗獲得的常數，Vg是作為施加給所述晶體管的負偏壓的柵壓，CDV=CDVT·eQ∝/k·(1/T0-1/T)]]>BDV=BDVT·eQDB/k·(1/T0-1/T)]]>其中，CDVT、QDC、BDVT和QDB是從試驗獲得的常數，其中T是晶體管的絕對工作溫度，T0是晶體管的基準絕對工作溫度(K)，k是波爾茲曼常數。
7.如權利要求1到6之一所述的模擬方法，其中，在所述第三步中判斷所述晶體管的退化是否由于施加所述無偏電壓而產生恢復，當產生恢復時，進行所述恢復量(ΔPR)的計算。
8.如權利要求7所述的模擬方法，其中，根據下述公式進行所述第三步中恢復量(ΔPR)的計算ΔPR＝CR+BR×log(t)其中，CR和BR是下述公式定義的常數CR=CRVMenCRVM/Vgm]]>BR=BRVMenRBVM/Vgm]]>或者CR=CRVMeαCRVM+βCRVM·Vgm]]>BR=BRVMeαBRVM+βBRVM·Vgm]]>其中CRVM和BRVM是從試驗獲得的常數，nCRVM和nBRVM是從試驗獲得的常數，αCRVM和αBRVM是從試驗獲得的常數，βCRVM和βBRVM是從試驗獲得的常數，Vgm是在施加負偏壓期間的最大柵壓。
9.如權利要求7所述的模擬方法，其中，根據下述公式進行所述第三步中恢復量(ΔPR)的計算ΔPR＝CR+BR×log(t)其中，CR和BR是下述公式定義的常數CR=CRVM(enCRVM/Vgm±CRVenCRV/Vg)]]>BR=BRVM(enRBVM/Vgm±BRVenBRV/Vg)]]>或者CR=CRVM(eαCRVM+βCRVM·Vgm±CRVeαCRV+βCRV·Vg)]]>BR=BRVM(eαBRVM+βBRVM·Vgm±BRVPeαBRV+βBRV·Vg)]]>其中CRVM和BRVM是從試驗獲得的常數，nCRVM和nBRVM是從試驗獲得的常數，αCRVM和αBRVM是從試驗獲得的常數，βCRVM和βBRVM是從試驗獲得的常數，αCRV和αBRV是從試驗獲得的常數，βCRV和βBRV是從試驗獲得的常數，Vgm是在施加負偏壓期間的最大柵壓。
10.如權利要求8所述的模擬方法，其中，根據下述公式進行所述第三步中恢復量(ΔPR)的計算ΔPR＝CR+BR×log(t)其中，CR和BR是下述公式定義的常數CR=CRVMenCRVM/Vgm]]>BR=BRVMenRBVM/Vgm]]>或者CR=CRVMeαCRVM+βCRVM·Vgm]]>BR=BRVM\eαBRVm+βBRVM·Vgm]]>其中CRVM和BRVM是與晶體管的溫度有關的常數，由下面的公式確定，nCRVM和nBRVM是從試驗獲得的常數，αCRVM和αBRVM是從試驗獲得的常數，βCRVM和βBRVM是從試驗獲得的常數，Vgm是在施加負偏壓期間的最大柵壓，CRVM=CRVMT·eQRC/k·(1/T0-1/T)]]>BRVM=BRVMT·eQRB/k·(1/T0-1/T)]]>其中，CDVT、QDC、BDVT和QDB是從試驗獲得的常數，其中T是晶體管的絕對工作溫度，T0是晶體管的基準絕對工作溫度，k是波爾茲曼常數。
11.如權利要求1到10之一所述的模擬方法，其中，當所述晶體管的特性退化到預定的容許退化值時，將直到達到該退化值之前的累計時間作為該晶體管的壽命在所述第一步中輸出。
12.如權利要求1到11之一所述的模擬方法，還包括下述步驟根據在所述第一步中獲得的各晶體管的總退化量，從多個晶體管中僅僅選擇一個總退化量比預定的設定值大的晶體管，對該晶體管再次進行特性模擬。
13.如權利要求1到10之一所述的模擬方法，還包括從在所述第一步中獲得的多個晶體管的退化量建立一個晶體管的退化量表的步驟；以及參考所述退化量表，對于多個各由MIS晶體管組成的基本電路中的每一個獲得一個退化量的步驟。
14.如權利要求1到10之一所述的模擬方法，還包括下述步驟對于所述各晶體管的多組柵壓條件以及多個晶體管的工作溫度條件，依次計算每一個晶體管的特性退化和特性恢復。
15.如權利要求1到10之一所述的模擬方法，還包括下述步驟通過在所述晶體管的特性恢復到一個預定值時設置一個新的柵壓來計算所述恢復量。
16.一種模擬向包括MIS晶體管的半導體電路器件施加負偏壓和無偏電壓(bias free voltage)時的電路特性的模擬方法，包括條件輸入步驟，用于輸入所述半導體電路器件的使用條件；模擬退化前的電路的步驟，用于根據所述輸入的使用條件進行所述半導體電路器件中的一個晶體管的工作的模擬，并計算該晶體管的有效柵壓；退化量模擬步驟，用于計算所述晶體管的特性的退化量(ΔPD)和恢復量(ΔPR)，計算所述晶體管的壽命，并計算總退化量(P)；計算退化后的所述晶體管的特性并模擬所述半導體電路器件的工作的步驟；以及輸出所述模擬結果的步驟。
17.一種模擬器，用于對向包括MIS晶體管的半導體電路器件施加負偏壓和無偏電壓(bias free voltage)時的電路特性進行模擬，該模擬器包括第一計算裝置，用于獲得所述晶體管的特性的基礎退化量(XD)，所述基礎退化量與施加給所述晶體管的負偏壓、所述晶體管的工作溫度和形成所述晶體管之后經過的時間有關；第二計算裝置，用于計算在向所述晶體管施加負偏壓的第一期間，所述晶體管隨著施加負偏壓的持續時間而退化的退化量(ΔPD)；第三計算裝置，用于計算所述退化的晶體管的特性隨著第二期間的持續時間而恢復的恢復量(ΔPR)，所述第二期間是停止對所述晶體管施加所述負偏壓，或者對所述晶體管施加電平高于所述負偏壓的無偏電壓的期間；第四計算裝置，用于將所述基礎退化量(XD)和所述退化量(ΔPD)相加，并從相加結果中減去所述恢復量(ΔPR)，從而計算總退化量(P)。
18.如權利要求17所述的模擬器，其中，對于通過將一段時間分為多個(j)時間區而獲得的每一個時間區(Δtj)，所述第一計算裝置計算退化量的變化量(exp(β(Vgj-Vg0)×Δtj)，并根據下述公式計算總退化量(P)time=eQ/k·(1/T0-1/T)·eα·Σj=1lt(eβ·(Vgj-Vg0)·Δtj)]]>P=C·Σk=1[timen]time=stimektime=etimek]]>其中，time是時間，Q是表示晶體管特性的常數，k是波爾茲曼常數，T0是晶體管的基準絕對工作溫度(K)，T是晶體管的絕對工作溫度，α和β是通過試驗獲得的常數；Vg0是參考柵壓，Vgj是在時間j的柵壓，C是一個常數，lt是壽命。
19.如權利要求17或18所述的模擬器，其中，所述第二計算裝置判斷所述晶體管是否由于施加所述負偏壓而退化，當產生退化時計算所述退化量(ΔPD)。
20.如權利要求19所述的模擬器，其中，根據以下公式在所述第二計算裝置中進行退化量(ΔPD)的計算ΔPD(t)＝CD+BD×log(t)其中，CD和BD是根據負偏壓確定的常數，由下面的公式定義，t是施加所述負偏壓后過去的時間，CD=CDVenCV/Vg]]>BD=BDVenBV/Vg]]>或者CD=CDVeαCV+βCV·Vg]]>BD=BDVeαBV+βBV·Vg]]>其中CDV和BDV是從試驗獲得的常數，nCV和nBV是從試驗獲得的常數，αCV、βCV、αBV、βBV是從試驗獲得的常數，Vg是作為施加給所述晶體管的負偏壓的柵壓。
21.如權利要求19所述的模擬器，其中，所述第二計算裝置根據以下公式進行退化量(ΔPD)的計算ΔPD(t)＝CD+BD×log(t)其中，CD和BD是根據負偏壓確定的常數，由下面的公式定義，t是施加所述負偏壓后過去的時間，CD=CDV(enCV/Vg±CDVPenCVP/Vgp)]]>BD=BDV(enBV/Vg±BDVPenBVP/Vgp)]]>或者CD=CDV(eαCV+βCB·Vg±CDVPeαCVP+βCVP·Vgp)]]>BD=BDV(eαBV+βBV·Vg±BDVPeαBVP+βBVP·Vgp)]]>其中CDV和BDV是從試驗獲得的常數，nCV和nBV是從試驗獲得的常數，αCV、βCV、αBV、βBV是從試驗獲得的常數，Vg是作為施加給所述晶體管的負偏壓的柵壓。
22.如權利要求19所述的模擬器，其中，所述第二計算裝置根據以下公式進行退化量(ΔPD)的計算ΔPD(t)＝CD+BD×log(t)其中，CD和BD是根據負偏壓和所述晶體管的溫度確定的常數，由下面的公式定義，t是施加所述負偏壓后過去的時間，CD=CDVenCV/Vg]]>BD=BDVenBV/Vg]]>或者CD=CDVeαCV+βCV·Vg]]>BD=BDVeαBV+βBV·Vg]]>其中CDV和BDV是由工作中的所述晶體管的溫度確定的常數，由以下公式定義，nCV和nBV是從試驗獲得的常數，αCV、βCV、αBV、βBV是從試驗獲得的常數，Vg是作為施加給所述晶體管的負偏壓的柵壓，CDV=CDVT·eQDC/k·(1/T0-1/T)]]>BDV=BDVT·eQDB/k·(1/T0-1/T)]]>其中，CDVT、QDC、BDVT和QDB是從試驗獲得的常數，其中T是晶體管的絕對工作溫度，T0是晶體管的基準絕對工作溫度(K)，k是波爾茲曼常數。
23.如權利要求17到22之一所述的模擬器，其中，所述第三計算裝置判斷所述晶體管的退化是否由于施加所述無偏電壓而產生恢復，當產生恢復時，進行所述恢復量(ΔPR)的計算。
24.如權利要求23所述的模擬器，其中，所述第三計算裝置根據下述公式進行恢復量(ΔPR)的計算ΔPR＝CR+BR×log(t)其中，CR和BR是下述公式定義的常數CR=CRVMenCRVM/Vgm]]>BR=BRVMenRBVM/Vgm]]>或者CR=CRVMeαCRVM+βCRVM·Vgm]]>BR=BRVMeαBRVM+βBRVM·Vgm]]>其中CRVM和BRVM是從試驗獲得的常數，nCRVM和nBRVM是從試驗獲得的常數，αCRVM和αBRVM是從試驗獲得的常數，βCRVM和βBRVM是從試驗獲得的常數，Vgm是在施加負偏壓期間的最大柵壓。
25.如權利要求23所述的模擬器，其中，所述第三計算裝置根據下述公式進行恢復量(ΔPR)的計算ΔPR＝CR+BR×log(t)其中，CR和BR是下述公式定義的常數CR=CRVM(enCRVM/Vgm±CRVenCRV/Vg)]]>BR=BRVM(enRBVM/Vgm±BRVenBRV/Vg)]]>或者CR=CRVM(eαCRVM+βCRVM·Vgm±CRVeαCRV+βCRV·Vg)]]>BR=BRVM(eαBRVM+βBRVM·Vgm±BRVPeαBRV+βBRV·Vg)]]>其中CRVM和BRVM是從試驗獲得的常數，nCRVM和nBRVM是從試驗獲得的常數，αCRVM和αBRVM是從試驗獲得的常數，βCRVM和βBRVM是從試驗獲得的常數，αCRV和αBRV是從試驗獲得的常數，βCRV和βBRV是從試驗獲得的常數，Vgm是在施加負偏壓期間的最大柵壓。
26.如權利要求23所述的模擬器，其中，所述第三計算裝置根據下述公式進行恢復量(ΔPR)的計算ΔPR＝CR+BR×log(t)其中，CR和BR是下述公式定義的常數CR=CRVMenCRVM/Vgm]]>BR=BRVMenRBVM/Vgm]]>或者CR=CRVMeαCRVM+βCRVM·Vgm]]>BR=BRVMeαBRVM+βBRVM·Vgm]]>其中CRVM和BRVM是與晶體管的溫度有關的常數，由下面的公式確定，nCRVM和nBRVM是從試驗獲得的常數，αCRVM和αBRVM是從試驗獲得的常數，βCRVM和βBRVM是從試驗獲得的常數，Vgm是在施加負偏壓期間的最大柵壓，CRVM=CRVMT·eQRC/k·(1/T0-1/T)]]>BRVM=BRVMT·eQRB/k·(1/T0-1/T)]]>其中，CDVT、QDC、BDVT和QDB是從試驗獲得的常數，其中T是晶體管的絕對工作溫度，T0是晶體管的基準絕對工作溫度，k是波爾茲曼常數。
27.如權利要求17到26之一所述的模擬器，其中，當所述晶體管的特性退化到預定的容許退化值時，所述第一計算裝置將直到達到該退化值之前的累計時間作為該晶體管的壽命輸出。
28.如權利要求17到26之一所述的模擬器，還包括第五計算裝置，用于根據在所述第一計算裝置中獲得的各晶體管的總退化量，從多個晶體管中僅僅選擇一個總退化量比預定的設定值大的晶體管，對該晶體管再次進行特性模擬。
29.如權利要求17到28之一所述的模擬器，還包括第六計算裝置，用于從在所述第一計算裝置中獲得的多個晶體管的退化量建立一個晶體管的退化量表；以及第六計算裝置，用于參考所述退化量表，對于多個各由MIS晶體管組成的基本電路中的每一個獲得一個退化量。
30.如權利要求1到10之一所述的模擬器，還包括第七計算裝置，用于對于所述各晶體管的多組柵壓條件以及多個晶體管的工作溫度條件，依次計算每一個晶體管的特性退化和特性恢復。
31.如權利要求17到30之一所述的模擬器，還包括第八計算裝置，用于通過在檢測到所述晶體管的特性恢復到一個預定值時設置一個新的柵壓來計算所述恢復量。
32.一種模擬向包括MIS晶體管的半導體電路器件施加負偏壓和無偏電壓(bias free voltage)時的電路特性的模擬方法，包括條件輸入步驟，用于輸入所述半導體電路器件的使用條件；模擬退化前的電路的步驟，用于根據所述輸入的使用條件進行所述半導體電路器件中的一個晶體管的工作的模擬，并計算該晶體管的有效柵壓；退化量模擬步驟，用于計算所述晶體管的特性的退化量(ΔPD)和恢復量(ΔPR)，計算所述晶體管的壽命，并計算總退化量(P)；計算退化后的所述晶體管的特性并模擬所述半導體電路器件的工作的步驟；以及輸出所述模擬結果的步驟。
33.一種模擬包括MIS晶體管的電路的特性的模擬方法，包括第一模擬步驟，根據所述電路的使用條件進行所述晶體管的特性退化之前所述電路的模擬；第二模擬步驟，根據所述電路的使用條件進行所述晶體管的特性退化之后所述電路的模擬；評價步驟，通過比較所述第一模擬步驟的結果和所述第二模擬步驟的結果，評價由于所述退化導致的所述電路的特性。
34.一種模擬包括MIS晶體管的電路的特性的模擬器，包括第一模擬裝置，根據所述電路的使用條件進行所述晶體管的特性退化之前所述電路的模擬；第二模擬裝置，根據所述電路的使用條件進行所述晶體管的特性退化之后所述電路的模擬；評價裝置，通過比較所述第一模擬裝置的結果和所述第二模擬裝置的結果，評價由于所述退化導致的所述電路的特性。
35.如權利要求34所述的模擬器，包括一個恢復檢測裝置，用于檢測所述晶體管的特性是否恢復到預定值，其中，當所述恢復檢測裝置檢測到所述晶體管的特性恢復到預定值時，所述恢復量計算裝置設定一個新的柵壓。
36.如權利要求34所述的模擬器，還包括一個存儲裝置，其中，通過依靠每一個晶體管的源極和漏極之間的電壓，所述存儲裝置對于晶體管的每一個門信號寬度(gate length)存儲用于各晶體管的特性模擬的常數。
全文摘要
本申請公開了一種半導體電路器件模擬方法和半導體電路器件模擬器，用于精確地模擬晶體管的特性的退化程度和恢復程度，以便設計更高可靠性的半導體器件。如果在晶體管的柵極上施加負柵壓(負偏壓)Vg，則晶體管的特性會退化。當停止施加該負柵壓Vg時(也就是當施加無偏電壓時)，晶體管的退化的特性會恢復。取柵壓施加時間t的對數log(t)，使用與負偏壓相關的常數C
文檔編號H01L21/8234GK1692471SQ20038010025
公開日2005年11月2日 申請日期2003年12月19日 優先權日2002年12月19日
發明者臼井弘樹 申請人:索尼株式會社