应用于MOSFET电学仿真的BSIM3 HCI可靠性模型制造技术

本发明专利技术提供一种应用于ＭＯＳＦＥＴ电学仿真的ＢＳＩＭ３　ＨＣＩ可靠性模型，该模型提供了根据偏压条件下的ＭＯＳＦＥＴ施加偏压时间计算晶体管受ＨＣＩ效应影响退化后输出特性的方法：在标准ＢＳＩＭ３模型基础上考虑了其受热载流子退化效应影响并随施加偏压时间发生变化的情况，同时重定义了７个标准ＢＳＩＭ３模型参数：零Ｖｂｓ情况下长沟道阈值电压Ｖｔｈ０、阈值电压一阶体效应因子Ｋ１、零偏电场下迁移率μ０、迁移率衰减体效应因子μｃ、体硅电荷效应的沟道长度调制参数Ａ０、体硅电荷效应的栅偏压调制参数Ａｇｓ和体硅电荷效应的体硅偏压调制参数Ｋｅｔａ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集成电路领域，尤其涉及一种应用于热电子注入(Hot CarrierInjection，HCI)可靠性研究的0.35μm-0.5μm标准工艺MOSFET的BSIM3集成电路模拟仿真程序(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis，SPICE)仿真模型。
技术介绍
考虑到半导体产品质量的重要性以及产品性能与保护带之间所成的反比关系，可靠性检测对于集成电路设计领域中的设计者来说已经非常必要。当芯片开始工作，器件的驱动能力将会随工作时间的上升而下降。它的重要指标特性，例如阈值电压、迁移率等将会随之迁移。电流和电压的过载将加速这种退化，并导致可靠性问题的产生从而有潜在的电路功能失效的危险。因此，一种具有精确可靠性模型参数的SPICE模型不仅能够在可靠性工程师总结出的失效标准基础上评估器件的寿命，而且能够像普通SPICE模型为集成电路设计工程师预测未工作过的器件电学特性一样预测一定偏压条件下经过加压过程之后的器件电学特性。通过将可靠性参数嵌入SPICE模型平台建立的可靠性模型，可以对设计好的电路进行可靠性分析和仿真，从而减少整个芯片设计制造的风险并从而降低成本，并进一步最大化设计产品的性能和极小化设计产品的保护带，加速时序收敛，避免可靠性问题。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模型是目前业界对0.35μm至0.5μm标准工艺MOSFET进行建模应用最广泛的模型，BSIM3模型较为成熟而复杂度非常高，需要较大篇幅进行描述，具体请参看BSIM3模型手册(BSIM3 Manual)。在BSIM3 SPICE模型基础上建立HCI可靠性模型完全符合目前业界最近广泛提倡的DFR(Design For Reliability)理念，无论对于提高集成电路产品的可靠性进而提升成品率亦或是降低整个芯片-->设计的风险与成本而言都意义重大。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种0.35μm-0.5μm标准工艺MOSFET的BSIM3HCI的可靠性模型，其具有清晰的物理意义及高度的准确性，能够对一定偏压条件下不同偏压时间的MOSFET电学特性进行模拟。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种应用于MOSFET电学仿真的BSIM3HCI可靠性模型，该模型提供了根据偏压条件下的MOSFET施加偏压时间计算晶体管受HCI效应影响退化后输出特性的方法，其中BSIM3模型具有7个标准参数：零Vbs情况下长沟道阈值电压Vth0、阈值电压一阶体效应因子K1、零偏电场下迁移率μ0、迁移率衰减体效应因子μc、体硅电荷效应的沟道长度调制参数A0、体硅电荷效应的栅偏压调制参数Ags和体硅电荷效应的体硅偏压调制参数Keta：在标准BSIM3模型基础上考虑了其受热载流子退化效应影响并随施加偏压时间发生变化的情况，通过增加相应参数在零偏压时间下的初值和相应参数随偏压时间变化的调制因子，对7个标准BSIM3模型参数进行重新定义，使本模型能精确描述随着工作时间的延长器件特性的变化情况，上述调制因子包括以偏压时间为变量的幂函数系数、幂函数指数以及对数函数系数。进一步的，所述调制因子包括：Vth00表示零Vbs情况下长沟道阈值电压Vth0在零偏压时间下的初值；Vthhci1表示Vth0的HCI退化函数第一幂函数系数；Vthhci2表示Vth0的HCI退化函数第二幂函数系数；Vthhcipow1表示Vth0的HCI退化函数第一幂函数指数；Vthhcipow2表示Vth0的HCI退化函数第二幂函数指数；Vthhcilog表示Vth0的HCI退化函数对数函数系数；K10表示K1在零偏压时间下的初值；K1hci表示K1的HCI退化函数线性系数；μ00表示μ0在零偏压时间下的初值；μ0hci1表示μ0的HCI退化函数第一幂函数系数；μ0hci2表示μ0的HCI退化函数第二幂函数系数；μ0hcipow1表示μ0的HCI退化函数第一幂函数指数；μ0hcipow2表示μ0的HCI退化函数第二幂函数指数；μ0hcilog表示μ0的HCI退化函数对数函数系数；μc0表示μc在零偏压时间下的初值；μchci1表示μc的HCI退化函数线性系数；μchci2表示μc的HCI退化函数二次项系数；A00表示A0在零-->偏压时间下的初值；A0hci1表示A0的HCI退化函数第一幂函数系数；A0hci2表示A0的HCI退化函数第二幂函数系数；A0hcipow1表示A0的HCI退化函数第一幂函数指数；A0hcipow2表示A0的HCI退化函数第二幂函数指数；A0hcilog表示A0的HCI退化函数对数函数系数；Ags0表示Ags在零偏压时间下的初值；Agshci表示Ags的HCI退化函数幂函数系数；Agshcipow表示Ags的HCI退化函数幂函数指数；Agshcilog表示Ags的HCI退化函数对数函数系数；Keta0表示Keta在零偏压时间下的初值；Ketahci表示Keta的HCI退化函数幂函数系数；Ketahcipow表示Keta的HCI退化函数幂函数指数；Ketahcilog表示Keta的HCI退化函数对数函数系数，其中Stresstime表示器件被施加偏压的时间。进一步的，所述的零Vbs情况下长沟道阈值电压Vth0由以下公式决定：Vth0＝Vth00+Vthhci1*StresstimeVthhcipow1+Vthhci2*StresstimeVthhcipow2+Vthhcilog*ln(Stresstime)进一步的，所述的阈值电压一阶体效应因子K1由以下公式决定：K1＝K10+K1hci*Stresstime。进一步的，所述的零偏电场下迁移率μ0由以下公式决定：μ0＝μ00+μ0hci1*Stresstimeμ0hcipow1+μ0hci2*Stresstimeμ0hcipow2+μ0hcilog*ln(Stresstime)进一步的，所述的迁移率衰减体效应因子μc由以下公式决定：μc＝μc0+μchci1*Stresstime+μchci2*Stresstime2。进一步的，所述的体硅电荷效应的沟道长度调制参数A0由以下公式决定：A0＝A00+A0hci1*StresstimeA0hcipow1+A0hci2*StresstimeA0hcipow2+A0hcilog*ln(Stresstime)。进一步的，所述的体硅电荷效应的栅偏压调制参数Ags由以下公式决定：Ags＝Ags0+Agshci*StresstimeAgshcipow+Agshcilog*ln(Stresstime)。进一步的，所述的体硅电荷效应的体硅偏压调制参数Keta由以下公式决定：Keta＝Keta0+Ketahci*StresstimeKetahcipow+Ketahcilog*ln(Stresstime)。进一步的，所述的MOSFET包括0.35μm-0.5μm标准工艺的MOSFET本专利技术对0.35μm-0.5μm标准工艺MOSFET电学特性受施加偏压时间影响的特性进行了表述，在BSIM3 SPICE模型平台中添加了7个模型参数受热载流子退化效应影响，随施加偏压时间发生变化的公式以及相关的31本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于ＭＯＳＦＥＴ电学仿真的ＢＳＩＭ３ＨＣＩ可靠性模型，该模型提供了根据偏压条件下的ＭＯＳＦＥＴ施加偏压时间计算晶体管受ＨＣＩ效应影响退化后输出特性的方法，其中ＢＳＩＭ３模型具有７个标准参数：零Ｖｂｓ情况下长沟道阈值电压Ｖｔｈ０、阈值电压一阶体效应因子Ｋ１、零偏电场下迁移率μ０、迁移率衰减体效应因子μｃ、体硅电荷效应的沟道长度调制参数Ａ０、体硅电荷效应的栅偏压调制参数Ａｇｓ和体硅电荷效应的体硅偏压调制参数Ｋｅｔａ，其特征在于：　在标准ＢＳＩＭ３模型基础上考虑了其受热 载流子退化效应影响并随施加偏压时间发生变化的情况，通过增加相应参数在零偏压时间下的初值和相应参数随偏压时间变化的调制因子，对７个标准ＢＳＩＭ３模型参数进行重新定义，使本模型能精确描述随着工作时间的延长器件特性的变化情况，上述调制因子包括以偏压时间为变量的幂函数系数、幂函数指数以及对数函数系数。

【技术特征摘要】
1.一种应用于MOSFET电学仿真的BSIM3HCI可靠性模型，该模型提供了根据偏压条件下的MOSFET施加偏压时间计算晶体管受HCI效应影响退化后输出特性的方法，其中BSIM3模型具有7个标准参数：零Vbs情况下长沟道阈值电压Vth0、阈值电压一阶体效应因子K1、零偏电场下迁移率μ0、迁移率衰减体效应因子μc、体硅电荷效应的沟道长度调制参数A0、体硅电荷效应的栅偏压调制参数Ags和体硅电荷效应的体硅偏压调制参数Keta，其特征在于：在标准BSIM3模型基础上考虑了其受热载流子退化效应影响并随施加偏压时间发生变化的情况，通过增加相应参数在零偏压时间下的初值和相应参数随偏压时间变化的调制因子，对7个标准BSIM3模型参数进行重新定义，使本模型能精确描述随着工作时间的延长器件特性的变化情况，上述调制因子包括以偏压时间为变量的幂函数系数、幂函数指数以及对数函数系数。2.根据权利要求1所述的BSIM3 HCI可靠性模型，其特征在于：所述调制因子包括：Vth00表示零Vbs情况下长沟道阈值电压Vth0在零偏压时间下的初值；Vthhci1表示Vth0的HCI退化函数第一幂函数系数；Vthhci2表示Vth0的HCI退化函数第二幂函数系数；Vthhcipow1表示Vth0的HCI退化函数第一幂函数指数；Vthhcipow2表示Vth0的HCI退化函数第二幂函数指数；Vthhcilog表示Vth0的HCI退化函数对数函数系数；K10表示K1在零偏压时间下的初值；K1hci表示K1的HCI退化函数线性系数；μ00表示μ0在零偏压时间下的初值；μ0hci1表示μ0的HCI退化函数第一幂函数系数；μ0hci2表示μ0的HCI退化函数第二幂函数系数；μ0hcipow1表示μ0的HCI退化函数第一幂函数指数；μ0hcipow2表示μ0的HCI退化函数第二幂函数指数；μ0hcilog表示μ0的HCI退化函数对数函数系数；μc0表示μc在零偏压时间下的初值；μchci1表示μc的HCI退化函数线性系数；μchci2表示μc的HCI退化函数二次项系数；A00表示A0在零偏压时间下的初值；A0hci1表示A0的HCI退化函数第一幂函数系数；A0hci2表示A0的HCI退化函数第二幂函数系数；A0hcipow1表示A0的HCI退化函数第一幂函数指数；A0hcipow2表示A0的HCI退化函数第二幂函数指数；A0hcilog表示A0的HCI退化函数对数函数系数；Ags0表示Ags在零偏压时间下的初值；Agshci表示Ags的HCI退化函数幂函数系数；Agshcipow表示Ags的HCI退化函数幂函数指数...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡少坚，任铮，石艳玲，唐逸，王星拱，
申请(专利权)人：华东师范大学，上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]