[发明专利]一种MOS晶体管NBTI效应R-D模型参数提取方法

说明书

本发明公开了一种MOS晶体管NBTI效应R‑D模型参数提取方法，包括如下步骤：线性变换确定拟合区间步骤：对测试数据的坐标系进行转换，并根据坐标轴的线性趋势选择曲线拟合区间；粗略提取模型参数所在范围步骤：设置待拟合的模型参数，将R‑D模型的非线性曲线利用线性变换转化为线性曲线，将线性曲线按线性拟合后得到方程组，解方程组得到模型参数的第一组解；调整模型参数，再得到模型参数的第二组解；由参数的两组解确定每个参数的范围；精确提取步骤：利用遗传算法进行参数优化，确定目标函数，再由每个模型参数已经得到的范围设定约束条件，最后执行算法计算得到模型参数的精确值。

技术领域

本发明属于半导体器件可靠性技术领域，尤其涉及一种MOS晶体管NBTI效应R-D模型参数提取方法。

背景技术

随着半导体工艺技术进入深亚微米时代，负偏压温度不稳定性(NBTI)成为影响器件性能退化及寿命的主要因素之一。NBTI效应是指在高温下对PMOS器件施加负栅压而引起的一系列电学参数的退化。对器件的影响表现为：随着时间增加，PMOS器件的阈值电压增大和漏电流变小，对电路的影响表现为在模拟电路中引起晶体管间失配，在数字电路中导致时序漂移、噪声容限缩小，甚至产品失效。目前对NBTI的理论研究，被大家普遍认可的就是反应扩散(R-D)模型,国内外已发表的学术论文中，亚利桑那州立大学的Sarvesh Bhardwaj等人对反应扩散模型(R-D模型)研究，R-D模型的相关细节可见Sarvesh Bhardwaj等人在2010年发表的论文(WenpingWangShengqi Yang,SarveshBhardwaj.”The Impact of NBTIEffect on Combinational Circuit:Modeling,Simulation,and Analysis”,IEEETransactionson Very Large Scale Integration(VLSI)System,vol.18,NO.2,February 2010.)以及在2006年发表的论文(Sarvesh Bhardwaj,Wenping Wang,RakeshVattikonda.“Predictive Modeling of the NBTI Effect for Reliable Design”，IEEE2006 Custom Intergrated Circuits Conference(CICC))。但是他们的研究中并没有提到如何对R-D模型的参数进行反向抽取。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种对R-D模型进行参数提取的方法。

发明内容

本发明提出了一种MOS晶体管NBTI效应R-D模型参数提取方法，包括如下步骤：

线性变换确定拟合区间步骤：对测试数据的坐标系进行转换，并根据坐标轴的线性趋势选择曲线拟合区间；

粗略提取模型参数所在范围步骤：设置待拟合的模型参数，将R-D模型的非线性曲线利用线性变换转化为线性曲线，将线性曲线按线性拟合后得到方程组，解方程组得到模型参数的第一组解；调整所述模型参数，再得到模型参数的第二组解；由参数的两组解确定每个参数的范围；

精确提取步骤：利用遗传算法进行参数优化，确定目标函数，再由每个模型参数已经得 到的范围设定约束条件，最后执行算法计算得到模型参数的精确值。

本发明提出的所述MOS晶体管NBTI效应R-D模型参数提取方法中，所述要拟合的模型参数包括时间指数n，常数K，H/H²的激活能Ea，H/H²的扩散系数C和工艺技术参数E0。

本发明提出的所述MOS晶体管NBTI效应R-D模型参数提取方法中，在所述拟合区间内提取所述R-D模型参数的取值范围包括如下步骤：

步骤a1：对晶体管在不同应力条件下进行NBTI退化测试，得到多组在不同应力条件下的关于晶体管阈值电压随时间变化的退化值；