CN102542094A

CN102542094A - 纳米级多叉指射频cmos模型及其提取方法

Info

Publication number: CN102542094A
Application number: CN2011103411401A
Authority: CN
Inventors: 曹永峰
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2011-11-02
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明的一种纳米级多叉指射频CMOS模型，包括核心MOSFET模型和***等效寄生参数子电路，所述核心MOSFET模型的STI应力模型参数为：根据大尺寸多叉指CMOS器件的常规NMOS直流模型的测量数据与常规CMOS直流模型仿真特性存在的差异修正常规MOS模型中的STI应力模型参数Kvtho、kuo和lkuo。本发明的模型能够适用于多叉指CMOS器件测量中，与器件能够很好的拟合，具有较高的精确度提取方法的准确性。

Description

纳米级多叉指射频CMOS模型及其提取方法

技术领域

本发明涉及一种CMOS模型，尤其涉及一种纳米级多叉指射频CMOS模型。

背景技术

随着CMOS技术在射频(RF)领域的应用日益广泛，MOS器件的高频模型的精确性对RF产品设计变得越来越重要。由于MOS器件在高频时寄生效应较复杂且与版图相关性较大，目前的做法是以宏模型的方式为MOS器件建立高频模型。

在中国发明专利《具有扩展性的RFCMOS模型的参数计算方法》（申请号：200710094514.8 申请日：2007-12-14）中，提供了一种RFCMOS模型及参数计算方法。

但该专利仅仅涉及了常规单叉指MOS，并未考虑到多叉指CMOS受STI（浅沟道隔离）应力的影响。由于在多叉指的CMOS器件中，每一叉指不但受STI引入的应力影响，同时其他多晶硅叉指也对其存在一定的应力影响。

同时该专利也并未考虑到RFMOS器件在叉指较多的情况下，开启电流非常大，等效的沟道电阻非常小（小于10欧姆）。此时对其DC特性的测量容易受到探针及测量***中的寄生电阻影响。

并且在栅极宽度较大、叉指较多的情况下该专利的模型的尺寸可变源、漏寄生电阻参数计算公式并不精确。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种精确的，适用于多叉指的纳米级射频CMOS DC SPICE模型。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有较高精度的纳米级多叉指射频CMOS模型。

为解决上述的技术问题，本发明的一种纳米级多叉指射频CMOS模型，包括核心MOSFET模型和***等效寄生参数子电路，所述核心MOSFET模型包括源、漏极和源、漏极寄生电阻，所述核心MOSFET模型的参数中包括STI 应力模型参数Kvtho、kuo和lkuo，所述参数Kvtho、kuo和lkuo根据大尺寸多叉指CMOS器件的常规NMOS直流模型的测量数据与常规CMOS直流模型仿真特性存在的差异进行修正而得出。

在本发明的一个较佳实施方式中，所述STI 应力模型参数Kvtho、kuo和lkuo通过大尺寸多叉指CMOS器件的常规NMOS直流模型测量的Id-VgVds=1.2V和Id-VgVds=0V特征曲线进行修正而得出。

在本发明的另一较佳实施方式中，所述MOSFET模型的源、漏极还包括探针寄生电阻R_{probe_source}和R_{probe_drain}；所述R_{probe_source}=R_{probe_drain}；通过叉指最多、沟道最宽且最短的RFMOS器件其DC测量数据代入以下公式（1）、（2）、（3）联立求解提取所述R_{probe_source}和R_{probe_drain}；

(1)

(2)

(3)

其中Vgs’为排除源区探针引入寄生电阻分压效果之后的MOSFET栅、源间实际电压； Vds’为排除漏区探针引入寄生电阻分压效果之后的MOSFET漏、源间实际电压，V_ds为漏电压，I_ds为漏电流，V_gs为栅电压，V_th为阙值电压。

在本发明的另一较佳实施方式中，所述源、漏极寄生电阻Rd和Rs为尺寸可变的源、漏极寄生电阻，所述Rd和Rs的参数计算公式为：

Figure 2011103411401100002DEST_PATH_IMAGE007

其中，R₀代表源、漏极电阻初始值，W为器件沟道宽度，L为沟道长度，NF为叉指数，Wfactro为与源、漏极电阻成反比的叉指幂函数的指数，Lc为源、漏极电阻公式中沟道长度相关项的系数，Lfactro为相关项指数。

本发明还提供了纳米级多叉指射频CMOS模型的参数提取方法，包括以下步骤：

步骤1，选取沟道较长的较大尺寸多叉指MOS器件为目标，在65nm以下所述多叉指MOS器件直流测量数据基础上进行STI stress相关参数优化；

步骤2，选取所有尺寸的65nm以下多叉指MOS器件为目标，在65nm以下直流测量数据基础上进行探针电阻提取；

步骤3，选取沟道较宽，叉指最多，受探针电阻影响最明显的MOS器件为目标，以其65nm以下直流测量数据基础上提取源漏寄生电阻的尺寸可变公式；

步骤4，根据所用尺寸器件的仿真曲线与测量数据进行曲线拟合与最终参数优化。

本发明的模型能够适用于多叉指CMOS器件测量中，与器件能够很好的拟合，具有较高的精确度。其提取方法准确快速。

附图说明

图1是本发明是实施例采用的多叉指CMOS等效电路宏模型。

具体实施方式

如图1中所示，在本发明的实施例中，一种纳米级多叉指射频CMOS模型，包括核心MOSFET模型1和***等效寄生参数子电路，所述核心MOSFET模型的STI 应力模型参数为：根据大尺寸多叉指CMOS器件的常规NMOS直流模型的测量数据与常规CMOS直流模型仿真特性存在的差异修正常规MOS模型中的STI 应力模型参数Kvtho、kuo和lkuo。

本发明采用以CMOS SPICE模型作为核心模型，搭配***等效寄生参数子电路的形式为纳米级多叉指CMOS器件构建完整SPICE仿真宏模型。其中核心CMOS SPICE模型参数需要通过常规CMOS直流模型测试结构进行测试并提取；再对其中的STI参数进行修正。

本发明的纳米级多叉指射频CMOS模型的参数提取方法，包括以下步骤：

在本发明的一个实施例中，通过对65nm常规CMOS直流模型测试结构进行测试并根据测量数据提取其核心CMOS PSP模型的直流参数与PSP内建RF寄生参数数值。对于65nm常规CMOS直流模型参数提取已有众多文献进行过相关研究，在此不再详述。

由于常规CMOS直流模型测试结构与多叉指 CMOS模型测试结构版图存在差异，单叉指的常规CMOS器件多晶硅栅仅受到STI引入的应力影响；而多叉指的 CMOS器件中每一叉指不但受STI引入的应力影响，同时其他多晶硅叉指也对其存在一定的应力影响。

因此，本发明的实施例中对常规NMOS直流模型的STI 应力模型参数进行修正。目标器件需要选取受探针寄生电阻和源漏寄生电阻影响较小，受STI布局影响较大的大尺寸多叉指CMOS器件。根据其测量数据与常规CMOS直流模型仿真特性存在的差异修正STI 应力模型参数Kvtho、kuo和lkuo。

在本发明的实施例中，由于与具有相同沟道宽度和长度的常规MOS器件相比，大尺寸多叉指 MOS器件受探针寄生电阻和源漏寄生电阻影响较小，受STI布局影响较大，因此可以通过该器件的Id-VgVds=1.2V和Id-VdVbs=0V特性曲线修正常规MOS模型中的STI 应力模型参数Kvtho、kuo和lkuo，得到包含STI影响的RF MOS直流模型。

在本发明的实施例中，由于RF MOS器件在叉指较多的情况下，开启电流非常大，等效的沟道电阻非常小（小于10欧姆）。此时对其DC特性的测量容易受到探针及测量***中的寄生电阻影响，因此本发明的实施例的CMOS DC SPICE模型需要对探针的等效寄生电阻进行提取并置于多叉指CMOS宏模型中。叉指最多，沟道最宽且最短的RF MOS的直流特性受探针寄生电阻影响最大，可通过对其直流特性的拟合提取探针电阻阻值，即模型参数R_{probe_source}和R_{probe_drain}。本发明的实施例选取了沟道宽度为5μm、沟道长度为0.06μm、叉指数为64的RF NMOS。由于对RF CMOS器件进行测试的RF探针可视为接触源、漏极的探针部分对称，即R_{probe_source}=R_{probe_drain}，通过以下公式（1）、（2）、（3）联立求解提取探针电阻阻值R_{probe_source}和R_{probe_drain}；

MOSFET电压电流公式：

(1)

探针寄生电阻对MOSFET产生的影响：

Figure 2011103411401100002DEST_PATH_IMAGE009

(2)

(3)

其中Vgs’为排除源区探针引入寄生电阻分压效果之后的MOSFET栅、源间实际电压； Vds’为排除漏区探针引入寄生电阻分压效果之后的MOSFET漏、源间实际电压。

本发明是实施例在考虑了STI影响和测量时引入的探针寄生电阻影响之后，修正的常规NMOS直流模型仍然无法与大多数RF MOS器件很好地拟合。这说明多叉指 MOS器件仍有部分源漏电阻未被表征。尚未被表征的源漏寄生电阻与叉指数成反比，与沟道宽度成反比，与沟道长度成正比。这与器件的物理特性一致。据此，本发明的实施例中提出了尺寸可变的源、漏寄生电阻（Rd、Rs）计算公式对该源漏寄生电阻值进行模拟：

在本发明的实施例中，通过对各RFCMOS直流特性曲线进行曲线拟合可提取各器件的源、漏寄生电阻。再根据各不同尺寸RFCMOS器件源、漏寄生电阻随着沟道宽度W、沟道长度L、叉指数量NF变化的情况对上述源、漏寄生电阻计算公式进行参数提取，得到Wfactr、NFfactor、Lfactor与Lc的参数数值。

本发明的实施例在对一组RF NMOS所有尺寸器件进行了相关参数提取与曲线拟合后，得到R₀=34、Wfactor=0.5、NFfactor=0.9、Lfactor=1.7、Lc=0.002。拟合结果如表1所示。由下表可知，上述源、漏寄生电阻计算公式与提取的源、漏寄生电阻值有很高的拟合度。

表1：RF NMOS所有尺寸器件相关参数曲线拟合结果表

Figure 2011103411401100002DEST_PATH_IMAGE010

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种纳米级多叉指射频CMOS模型，包括核心MOSFET模型和***等效寄生参数子电路，所述核心MOSFET模型包括源、漏极和源、漏极寄生电阻，所述核心MOSFET模型的参数中包括STI 应力模型参数Kvtho、kuo和lkuo，其特征在于，所述参数Kvtho、kuo和lkuo根据大尺寸多叉指CMOS器件的常规NMOS直流模型的测量数据与常规CMOS直流模型仿真特性存在的差异进行修正而得出。

2.如权利要求1所述的纳米级多叉指射频CMOS模型，其特征在于，所述STI 应力模型参数Kvtho、kuo和lkuo通过大尺寸多叉指CMOS器件的常规NMOS直流模型测量的Id-VgVds=1.2V和Id-VgVds=0V特征曲线进行修正而得出。

3.如权利要求1所述的纳米级多叉指射频CMOS模型，其特征在于，所述MOSFET模型的源、漏极还包括探针寄生电阻R_{probe_source}和R_{probe_drain}；所述R_{probe_source}=R_{probe_drain}；通过叉指最多、沟道最宽且最短的RFMOS器件其DC测量数据代入以下公式（1）、（2）、（3）联立求解提取所述R_{probe_source}和R_{probe_drain}；

(1)

(2)

(3)

4.如权利要求1所述的纳米级多叉指射频CMOS模型，其特征在于，所述源、漏极寄生电阻Rd和Rs为尺寸可变的源、漏极寄生电阻，所述Rd和Rs的参数计算公式为：

Figure 2011103411401100001DEST_PATH_IMAGE007

5.如权利要求1所述纳米级多叉指射频CMOS模型的参数提取方法，其特征在于，包括以下步骤：