應用于MOSFET電學仿真的BSIM3 HCI可靠性模型制造技術

本發明專利技術提供一種應用于ＭＯＳＦＥＴ電學仿真的ＢＳＩＭ３　ＨＣＩ可靠性模型，該模型提供了根據偏壓條件下的ＭＯＳＦＥＴ施加偏壓時間計算晶體管受ＨＣＩ效應影響退化后輸出特性的方法：在標準ＢＳＩＭ３模型基礎上考慮了其受熱載流子退化效應影響并隨施加偏壓時間發生變化的情況，同時重定義了７個標準ＢＳＩＭ３模型參數：零Ｖｂｓ情況下長溝道閾值電壓Ｖｔｈ０、閾值電壓一階體效應因子Ｋ１、零偏電場下遷移率μ０、遷移率衰減體效應因子μｃ、體硅電荷效應的溝道長度調制參數Ａ０、體硅電荷效應的柵偏壓調制參數Ａｇｓ和體硅電荷效應的體硅偏壓調制參數Ｋｅｔａ。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于集成電路領域，尤其涉及一種應用于熱電子注入(Hot?CarrierInjection，HCI)可靠性研究的0.35μm-0.5μm標準工藝MOSFET的BSIM3集成電路模擬仿真程序(Simulation?Program?with?Integrated?Circuit?Emphasis，SPICE)仿真模型。
技術介紹
考慮到半導體產品質量的重要性以及產品性能與保護帶之間所成的反比關系，可靠性檢測對于集成電路設計領域中的設計者來說已經非常必要。當芯片開始工作，器件的驅動能力將會隨工作時間的上升而下降。它的重要指標特性，例如閾值電壓、遷移率等將會隨之遷移。電流和電壓的過載將加速這種退化，并導致可靠性問題的產生從而有潛在的電路功能失效的危險。因此，一種具有精確可靠性模型參數的SPICE模型不僅能夠在可靠性工程師總結出的失效標準基礎上評估器件的壽命，而且能夠像普通SPICE模型為集成電路設計工程師預測未工作過的器件電學特性一樣預測一定偏壓條件下經過加壓過程之后的器件電學特性。通過將可靠性參數嵌入SPICE模型平臺建立的可靠性模型，可以對設計好的電路進行可靠性分析和仿真，從而減少整個芯片設計制造的風險并從而降低成本，并進一步最大化設計產品的性能和極小化設計產品的保護帶，加速時序收斂，避免可靠性問題。在可靠性研究中，HCI是引起器件退化的最主要因素之一。而BSIM3模型是目前業界對0.35μm至0.5μm標準工藝MOSFET進行建模應用最廣泛的模型，BSIM3模型較為成熟而復雜度非常高，需要較大篇幅進行描述，具體請參看BSIM3模型手冊(BSIM3?Manual)。在BSIM3?SPICE模型基礎上建立HCI可靠性模型完全符合目前業界最近廣泛提倡的DFR(Design?For?Reliability)理念，無論對于提高集成電路產品的可靠性進而提升成品率亦或是降低整個芯片-->設計的風險與成本而言都意義重大。
技術實現思路
本專利技術所解決的技術問題在于提供一種0.35μm-0.5μm標準工藝MOSFET的BSIM3HCI的可靠性模型，其具有清晰的物理意義及高度的準確性，能夠對一定偏壓條件下不同偏壓時間的MOSFET電學特性進行模擬。為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種應用于MOSFET電學仿真的BSIM3HCI可靠性模型，該模型提供了根據偏壓條件下的MOSFET施加偏壓時間計算晶體管受HCI效應影響退化后輸出特性的方法，其中BSIM3模型具有7個標準參數：零Vbs情況下長溝道閾值電壓Vth0、閾值電壓一階體效應因子K1、零偏電場下遷移率μ0、遷移率衰減體效應因子μc、體硅電荷效應的溝道長度調制參數A0、體硅電荷效應的柵偏壓調制參數Ags和體硅電荷效應的體硅偏壓調制參數Keta：在標準BSIM3模型基礎上考慮了其受熱載流子退化效應影響并隨施加偏壓時間發生變化的情況，通過增加相應參數在零偏壓時間下的初值和相應參數隨偏壓時間變化的調制因子，對7個標準BSIM3模型參數進行重新定義，使本模型能精確描述隨著工作時間的延長器件特性的變化情況，上述調制因子包括以偏壓時間為變量的冪函數系數、冪函數指數以及對數函數系數。進一步的，所述調制因子包括：Vth00表示零Vbs情況下長溝道閾值電壓Vth0在零偏壓時間下的初值；Vthhci1表示Vth0的HCI退化函數第一冪函數系數；Vthhci2表示Vth0的HCI退化函數第二冪函數系數；Vthhcipow1表示Vth0的HCI退化函數第一冪函數指數；Vthhcipow2表示Vth0的HCI退化函數第二冪函數指數；Vthhcilog表示Vth0的HCI退化函數對數函數系數；K10表示K1在零偏壓時間下的初值；K1hci表示K1的HCI退化函數線性系數；μ00表示μ0在零偏壓時間下的初值；μ0hci1表示μ0的HCI退化函數第一冪函數系數；μ0hci2表示μ0的HCI退化函數第二冪函數系數；μ0hcipow1表示μ0的HCI退化函數第一冪函數指數；μ0hcipow2表示μ0的HCI退化函數第二冪函數指數；μ0hcilog表示μ0的HCI退化函數對數函數系數；μc0表示μc在零偏壓時間下的初值；μchci1表示μc的HCI退化函數線性系數；μchci2表示μc的HCI退化函數二次項系數；A00表示A0在零-->偏壓時間下的初值；A0hci1表示A0的HCI退化函數第一冪函數系數；A0hci2表示A0的HCI退化函數第二冪函數系數；A0hcipow1表示A0的HCI退化函數第一冪函數指數；A0hcipow2表示A0的HCI退化函數第二冪函數指數；A0hcilog表示A0的HCI退化函數對數函數系數；Ags0表示Ags在零偏壓時間下的初值；Agshci表示Ags的HCI退化函數冪函數系數；Agshcipow表示Ags的HCI退化函數冪函數指數；Agshcilog表示Ags的HCI退化函數對數函數系數；Keta0表示Keta在零偏壓時間下的初值；Ketahci表示Keta的HCI退化函數冪函數系數；Ketahcipow表示Keta的HCI退化函數冪函數指數；Ketahcilog表示Keta的HCI退化函數對數函數系數，其中Stresstime表示器件被施加偏壓的時間。進一步的，所述的零Vbs情況下長溝道閾值電壓Vth0由以下公式決定：Vth0＝Vth00+Vthhci1*StresstimeVthhcipow1+Vthhci2*StresstimeVthhcipow2+Vthhcilog*ln(Stresstime)進一步的，所述的閾值電壓一階體效應因子K1由以下公式決定：K1＝K10+K1hci*Stresstime。進一步的，所述的零偏電場下遷移率μ0由以下公式決定：μ0＝μ00+μ0hci1*Stresstimeμ0hcipow1+μ0hci2*Stresstimeμ0hcipow2+μ0hcilog*ln(Stresstime)進一步的，所述的遷移率衰減體效應因子μc由以下公式決定：μc＝μc0+μchci1*Stresstime+μchci2*Stresstime2。進一步的，所述的體硅電荷效應的溝道長度調制參數A0由以下公式決定：A0＝A00+A0hci1*StresstimeA0hcipow1+A0hci2*StresstimeA0hcipow2+A0hcilog*ln(Stresstime)。進一步的，所述的體硅電荷效應的柵偏壓調制參數Ags由以下公式決定：Ags＝Ags0+Agshci*StresstimeAgshcipow+Agshcilog*ln(Stresstime)。進一步的，所述的體硅電荷效應的體硅偏壓調制參數Keta由以下公式決定：Keta＝Keta0+Ketahci*StresstimeKetahcipow+Ketahcilog*ln(Stresstime)。進一步的，所述的MOSFET包括0.35μm-0.5μm標準工藝的MOSFET本專利技術對0.35μm-0.5μm標準工藝MOSFET電學特性受施加偏壓時間影響的特性進行了表述，在BSIM3?SPICE模型平臺中添加了7個模型參數受熱載流子退化效應影響，隨施加偏壓時間發生變化的公式以及相關的31本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種應用于ＭＯＳＦＥＴ電學仿真的ＢＳＩＭ３ＨＣＩ可靠性模型，該模型提供了根據偏壓條件下的ＭＯＳＦＥＴ施加偏壓時間計算晶體管受ＨＣＩ效應影響退化后輸出特性的方法，其中ＢＳＩＭ３模型具有７個標準參數：零Ｖｂｓ情況下長溝道閾值電壓Ｖｔｈ０、閾值電壓一階體效應因子Ｋ１、零偏電場下遷移率μ０、遷移率衰減體效應因子μｃ、體硅電荷效應的溝道長度調制參數Ａ０、體硅電荷效應的柵偏壓調制參數Ａｇｓ和體硅電荷效應的體硅偏壓調制參數Ｋｅｔａ，其特征在于：　在標準ＢＳＩＭ３模型基礎上考慮了其受熱 載流子退化效應影響并隨施加偏壓時間發生變化的情況，通過增加相應參數在零偏壓時間下的初值和相應參數隨偏壓時間變化的調制因子，對７個標準ＢＳＩＭ３模型參數進行重新定義，使本模型能精確描述隨著工作時間的延長器件特性的變化情況，上述調制因子包括以偏壓時間為變量的冪函數系數、冪函數指數以及對數函數系數。

【技術特征摘要】
1.一種應用于MOSFET電學仿真的BSIM3HCI可靠性模型，該模型提供了根據偏壓條件下的MOSFET施加偏壓時間計算晶體管受HCI效應影響退化后輸出特性的方法，其中BSIM3模型具有7個標準參數：零Vbs情況下長溝道閾值電壓Vth0、閾值電壓一階體效應因子K1、零偏電場下遷移率μ0、遷移率衰減體效應因子μc、體硅電荷效應的溝道長度調制參數A0、體硅電荷效應的柵偏壓調制參數Ags和體硅電荷效應的體硅偏壓調制參數Keta，其特征在于：在標準BSIM3模型基礎上考慮了其受熱載流子退化效應影響并隨施加偏壓時間發生變化的情況，通過增加相應參數在零偏壓時間下的初值和相應參數隨偏壓時間變化的調制因子，對7個標準BSIM3模型參數進行重新定義，使本模型能精確描述隨著工作時間的延長器件特性的變化情況，上述調制因子包括以偏壓時間為變量的冪函數系數、冪函數指數以及對數函數系數。2.根據權利要求1所述的BSIM3?HCI可靠性模型，其特征在于：所述調制因子包括：Vth00表示零Vbs情況下長溝道閾值電壓Vth0在零偏壓時間下的初值；Vthhci1表示Vth0的HCI退化函數第一冪函數系數；Vthhci2表示Vth0的HCI退化函數第二冪函數系數；Vthhcipow1表示Vth0的HCI退化函數第一冪函數指數；Vthhcipow2表示Vth0的HCI退化函數第二冪函數指數；Vthhcilog表示Vth0的HCI退化函數對數函數系數；K10表示K1在零偏壓時間下的初值；K1hci表示K1的HCI退化函數線性系數；μ00表示μ0在零偏壓時間下的初值；μ0hci1表示μ0的HCI退化函數第一冪函數系數；μ0hci2表示μ0的HCI退化函數第二冪函數系數；μ0hcipow1表示μ0的HCI退化函數第一冪函數指數；μ0hcipow2表示μ0的HCI退化函數第二冪函數指數；μ0hcilog表示μ0的HCI退化函數對數函數系數；μc0表示μc在零偏壓時間下的初值；μchci1表示μc的HCI退化函數線性系數；μchci2表示μc的HCI退化函數二次項系數；A00表示A0在零偏壓時間下的初值；A0hci1表示A0的HCI退化函數第一冪函數系數；A0hci2表示A0的HCI退化函數第二冪函數系數；A0hcipow1表示A0的HCI退化函數第一冪函數指數；A0hcipow2表示A0的HCI退化函數第二冪函數指數；A0hcilog表示A0的HCI退化函數對數函數系數；Ags0表示Ags在零偏壓時間下的初值；Agshci表示Ags的HCI退化函數冪函數系數；Agshcipow表示Ags的HCI退化函數冪函數指數...

【專利技術屬性】
技術研發人員：胡少堅，任錚，石艷玲，唐逸，王星拱，
申請(專利權)人：華東師范大學，上海集成電路研發中心有限公司，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]