[发明专利]自加热效应的模型参数提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子器件建模领域，特别涉及一种对采用SOI衬底的MOS晶体管自加热效应的模型参数提取方法。

背景技术

计算机辅助电路分析（CAA）在大规模集成电路（LSI）和超大规模集成电路（VLSI）设计中已成为必不可少的手段。为了优化电路，提高性能，希望计算机辅助电路分析的模拟结果尽量与实际电路相接近，需要对集成电路的器件建立数学模型，且所述计算机辅助电路分析程序中的模型必须要精确。确定模型方程后，由于不同器件对应有不同的制作工艺和尺寸，对应的模型参数各不相同，因此，对模型方程的参数提取也非常重要。尽管多数模型是以器件物理为依据的，但按其物理意义给出的模型参数往往不能精确的反映器件的电学性能，因此必须从实验数据中提取模型参数。模型参数的提取的过程实际上是将理论模型和实际器件特性之间用模型参数来加以拟合的过程。

采用绝缘体上硅（SOI）衬底的MOS晶体管因其内部具有复杂的物理机制，相比体硅MOS晶体管，其模型方程更复杂，模型参数更多。且由于具有SOI衬底的MOS晶体管底部具有一层低导热率的埋氧层（BOX），在直流测试时，漏极电流产生的热量来不及排除，使得沟道温度高于环境温度，即出现自加热效应，这种效应会造成器件沟道电流下降、跨导畸变以及载流子负微分迁移率等不良影响。在实际的数字电路应用中，因器件工作在高速开关状态，热量来不及积累，自加热效应不明显或消失。但对于大部分模拟电路，自加热效应却不容忽视。

因此，为了计算机辅助电路分析程序能够仿真用于不同电路的器件，只有准确地提取与自加热效应模型相关的所有模型参数，才能提高基于SOI工艺的IC设计能力。

更多关于半导体器件模型参数提取的方法请参考申请公布号为CN102542077A的中国专利文献。

发明内容

本发明解决的问题是提供了一种自加热效应的模型参数提取方法，简单方便。

为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种自加热效应的模型参数提取方法，包括：提供采用SOI衬底的MOS晶体管及对应的器件模型，所述器件模型具有自加热效应模型；利用同一测试系统产生电压值相同的第一脉冲漏极电压和第二脉冲漏极电压，利用第一脉冲漏极电压对所述MOS晶体管进行第一I-V特性测试，模拟不具有自加热效应的MOS晶体管，获得第一I-V特性曲线，利用第二脉冲漏极电压对所述MOS晶体管进行第二I-V特性测试，模拟具有自加热效应的MOS晶体管，获得第二I-V特性曲线；利用所述第一I-V特性曲线、第二I-V特性曲线对自加热效应模型的模型参数进行提取。

可选的，还包括：将若干个具有不同脉冲持续时间的脉冲漏极电压施加在所述MOS晶体管的漏极上，获得对应的漏极电流，并根据漏极电流的大小选择第一脉冲漏极电压和第二脉冲漏极电压。

可选的，当至少两个脉冲漏极电压的漏极电流相等且电流值最小时，其中脉冲持续时间最长的脉冲漏极电压对应的脉冲持续时间为第一脉冲持续时间，脉冲持续时间小于或等于所述第一脉冲持续时间的脉冲漏极电压为第一脉冲漏极电压。

可选的，当至少两个脉冲漏极电压的漏极电流相等且电流值最大时，其中脉冲持续时间最短的脉冲漏极电压对应的脉冲持续时间为第二脉冲持续时间，脉冲持续时间大于或等于所述第二脉冲持续时间的脉冲漏极电压为第二脉冲漏极电压。

可选的，提取模型参数的步骤包括：将所述不具有自加热效应模型的器件模型的模拟数据与第一I-V特性曲线相比较进行拟合，将所述具有自加热效应模型的器件模型的模拟数据与第二I-V特性曲线相比较进行拟合，从而获得自加热效应模型的模型参数。

可选的，采用全局优化或局部优化对模拟数据和第一I-V特性曲线、第二I-V特性曲线进行拟合。

可选的，利用最小二乘法的曲线拟合将模拟数据和第一I-V特性曲线、第二I-V特性曲线相拟合。

可选的，将模拟数据和第一I-V特性曲线、第二I-V特性曲线进行比较，如果不一致，则修改模型参数，直到所述模拟数据和第一I-V特性曲线、第二I-V特性曲线相拟合。

可选的，所述第一I-V特性曲线和第二I-V特性曲线为漏极电流和漏极电压的I-V特性曲线。

可选的，所述器件模型为HiSIMSOI模型或BSIMSOI模型。

可选的，所述采用SOI衬底的MOS晶体管为体引出结构器件或浮体结构器件。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：