CN104021239B - 一种采用温度模型进行曲线拟合的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用温度模型进行曲线拟合的方法，涉及半导体特性表征或建模领域。该方法为：分别测量器件在预设温度范围内的各种特性曲线；根据所述特性曲线，计算各种特性指标的温度系数；根据所述温度系数建立温度效应模型；根据所述温度效应模型对所述器件的特性曲线进行曲线拟合，获得曲线拟合精度；判断拟合后的曲线拟合精度是否在所述器件的测试特性曲线预设精度范围内，若是，结束；若否，则调整所述温度系数建立温度效应模型。本发明通过对测量器件在预设温度范围内的特性曲线，使得器件在温度为:‑40℃～125℃下的器件曲线拟合更为准确,大幅度提高器件模型在高低温条件下工作的精度。

Description

一种采用温度模型进行曲线拟合的方法
技术领域
本发明涉及半导体器件表征或建模领域，尤其涉及一种采用温度模型进行曲线拟合的方法。
背景技术
随着集成电路工艺技术的进步，CMOS器件的关键尺寸越来越小，器件的二级效应对器件特性的影响也越来越大。常规的全局模型(global model，如BSIM4)已经很难准确表征器件特性，于是业界开始大量使用局部参数(binning)来提高建模过程中的曲线拟合精度。这种引入局部参数的方法对于器件的常温(25℃)特性曲线拟合很有帮助。但是对于温度效应，常规模型通常是基于已发现的半导体物理机制，只提供了少量的温度效应参数，如半导体本征载流子、阈值电压、载流子的迁移率和漂移速度等随温度的变化系数，紧凑型模型(compact model)提供了较为完善的解析公式，因此实际测量的器件特性曲线可以拟合很好。但是对于一些温度效应，甚至反常的温度效应，如先进CMOS工艺中特有的温度反型效应(temperature inversion effect)，如果仍然采用常规紧凑型模型，拟合精度较差，甚至无法拟合，因此在高温和低温状态下的器件曲线拟合常常较为困难，对模型的精度带来很大的损失。
中国专利(CN102385647B)公开了一种建立MOSFET模型的方法，该方法包括1、以所述MOSFET的栅极长度和栅极宽度为坐标轴建立坐标系，并在所述坐标系的整个器件尺寸阵列中提取全局模型；2、将所述步骤1所提取的全局模型中的参数Dvt0、Dvt1、Dvt2、nlx、prwg、prwb、k3、k3b、w0、dwg、dwb、b0、b1、l1、lw、lw1、ww、w1、ww1都设置为0；3、以所述步骤2所提取的全局模型为基础，提取所述器件尺寸阵列中所有MOSFET器件的单模型；4、提取分块模型。
该专利该方法用全局的方法建立分块模型，结合了全局模型和分块模型的优点，在消除参数不连续的同时还具有很好的模型精度，并且能快速建立模型。但并没有解决高温和低温状态下的器件曲线拟合困难，给模型的精度带来很大的损失的问题。
中国专利(CN102214260A)公开了一种对半导体器件进行提参建模的方法，该方法包括：用半导体参数测试仪对半导体器件进行测试，得到该半导体器件的原始数据；用提参软件从该半导体器件的原始数据中提取参数，得到旧模型参数；在得到的旧模型参数中加入宏模型，形成含有未知参数的准新模型；获取新模型参数，将该新模型参数加入到含有未知参数的准新模型中，形成新模型。
该专利使用了宏模型，实现了对新加模型参数提取的自动化，从而使得复杂的提参建模变的更加简单和高效。但并没有解决高温和低温状态下的器件曲线拟合困难，给模型的精度带来很大的损失的问题。
发明内容
本发明为解决高温和低温状态下的器件曲线拟合困难，给模型的精度带来很大损失的问题，从而提供一种采用温度模型进行曲线拟合的方法的技术方案。
本发明所述一种采用温度模型进行曲线拟合的方法，包括下述步骤：
步骤1.分别测量器件在预设温度范围内的特性曲线；
步骤2.根据所述特性曲线，获取温度系数；
步骤3.根据所述温度系数建立温度效应模型；
步骤4.根据所述温度效应模型对所述器件的特性曲线进行曲线拟合，获得曲线拟合精度；
步骤5.判断拟合后的曲线拟合精度是否在所述器件的测试特性曲线预设精度范围内，若是，结束；若否，执行步骤3。
优选的，步骤1中所述预设温度范围为：-40℃～125℃。
优选的，步骤1中所述特性曲线包括：MOS管的转移特性曲线、MOS管输出特性曲线、跨导特性曲线、输出电阻、输出电导特性曲线和栅电流特性曲线。
优选的，步骤2中所述温度系数为：阈值电压温度系数、线性电流温度系数、饱和电流温度系数、泄漏电流温度系数、跨导温度系数、输出电阻温度系数、电导温度系数和栅电流温度系数。
优选的，步骤4中进行曲线拟合的具体过程为：根据所述温度效应模型进行仿真获得所述器件的特性曲线，将所述特性曲线与所述器件的测试曲线进行比较，获得曲线拟合精度。
优选的，步骤5中所述预设精度为：所述仿真特性曲线与所述测试曲线进行比较，获得的误差，所述误差小于等于5％。
本发明的有益效果：
本发明通过对测量器件在预设温度范围内的特性曲线，使得器件在温度为:-40℃～125℃下的器件曲线拟合更为准确,大幅度提高器件模型在高低温条件下工作的精度。
附图说明
图1为本发明所述采用温度模型进行曲线拟合的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1所示，本发明提供一种采用温度模型进行曲线拟合的方法，包括下述步骤：
步骤1.分别测量器件在预设温度范围内的特性曲线，预设温度范围为：-40℃～125℃，特性曲线包括：MOS管的转移特性曲线(IDVG)、MOS管输出特性曲线(IDVD)、跨导特性曲线(GM)、输出电阻特性曲线(ROUT)、输出电导特性曲线(GDS)和栅电流特性曲线(IG)等。
步骤2.根据所测的特性曲线，获取各种性能指标的温度系数，主要的温度系数有：阈值电压温度系数、线性电流温度系数、饱和电流温度系数、泄漏电流温度系数、跨导温度系数、输出电阻温度系数、电导温度系数和栅电流的温度系数等；
步骤3.根据温度系数，评估并建立温度效应模型，然后据此设定温度模型参数；
步骤4.根据此温度效应模型对器件的特性曲线进行曲线拟合，获得曲线拟合精度，进行曲线拟合的具体过程为：根据温度效应模型进行仿真获得器件的各种特性曲线，将仿真特性曲线与器件的实际测试曲线进行比较，获得曲线拟合精度；
步骤5.判断拟合后的曲线拟合精度是否在器件的测试特性曲线预设精度(仿真特性曲线与测试曲线进行比较，获得的误差，误差小于等于5％)范围内，若是，结束；若否，执行步骤3。
目前在对器件特性的建模过程中，经常会遇到室温条件下的CMOS输出特性曲线可以很好地拟合，但对不同温度条件下的曲线拟合精度很差。一方面是因为业界常用模型(如BSIM4)中温度参数比较少，另一方面是由于这些模型中的温度效应的灵敏度比较低。在本实施例中加入阈值电压温度系数、线性电流温度系数、饱和电流温度系数和泄漏电流温度系数等参数后，可以对大尺寸的W/L＝10/10um(W为栅极宽度，L为栅极长度)的器件采用大尺寸的栅极长度和宽度的体电荷效应系数t0_A0来进行拟合；采用大尺寸的栅极长度、小尺寸的栅极宽度的体电荷效应系数tl_A0来拟合W/L＝10/0.04um的短沟道器件不同温度的输出特性；采用小尺寸的栅极长度、大尺寸的栅极宽度的体电荷效应系数tw_A0来对调整窄沟器件W/L＝0.12/10um曲线；采用小尺寸的栅极长度、小尺寸的栅极宽度的体电荷效应系数tp_A0来优化W/L＝0.12/0.04um的小器件的输出特性。对不同尺寸的器件，使用不同参数来拟合，可以使得拟合精度提高。实际模型的建立过程，以及温度系数设定如下述程序所示：
在原有的温度模型基础上关闭其内建的温度效应模型，并把原有的温度参数设置为0，而建立一种新的模型架构，如上述程序所示。
这种方法通过修改其内建温度模型公式，从而引入大量温度参数。如关掉了表征阈值电压温度效应的参数，而改为更为复杂合理的公式。此外，还可以引入一些原有模型中所没有的温度效应，如对CMOS器件的体电荷影响漏电流ID的温度效应完全没有表征的温度模型，增加了四个温度参数(to_A0，tl_A0，tw_A0,tp_A0)。通过这种方法使得器件在温度为:-40℃～125℃下的器件曲线拟合更为准确,大幅度提高器件模型在高低温条件下工作的精度。
采用本发明中的通用型温度模型，可以非常灵活地根据实际测量的特性曲线很好地拟合不同温度下的特性曲线，建立更为精准的器件模型。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种采用温度模型进行曲线拟合的方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1.分别测量器件在预设温度范围内的特性曲线；
步骤2.根据所述特性曲线，获取温度系数；
步骤3.根据所述温度系数建立温度效应模型；
步骤4.根据所述温度效应模型进行仿真获得所述器件的特性曲线，将所述特性曲线与所述器件的测试曲线进行比较，获得曲线拟合精度；
步骤5.判断拟合后的曲线拟合精度是否在所述器件的测试特性曲线预设精度范围内，若是，结束；若否，执行步骤3；
其中，步骤1中所述特性曲线包括：MOS管的转移特性曲线、MOS管输出特性曲线、跨导特性曲线、输出电阻、输出电导特性曲线和栅电流特性曲线；步骤2中所述温度系数为：阈值电压温度系数、线性电流温度系数、饱和电流温度系数、泄漏电流温度系数、跨导温度系数、输出电阻温度系数、电导温度系数和栅电流温度系数。
2.如权利要求1所述一种采用温度模型进行曲线拟合的方法，其特征在于，步骤1中所述预设温度范围为：-40℃～125℃。
3.如权利要求1所述一种采用温度模型进行曲线拟合的方法，其特征在于，步骤5中所述预设精度为：所述仿真特性曲线与所述测试曲线进行比较，获得的误差，所述误差小于等于5％。
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