一种MOS器件的宽温模型建模方法技术

本发明专利技术公开了一种MOS器件的宽温模型建模方法，包括步骤S1：根据测试数据，调整MOS器件的常温电学参数和温度相关参数，建立适用于常规温度范围的基本模型；步骤S2：在基本模型中定义宽温区域范围；步骤S3：针对基本模型中与温度相关的模型参数，建立仅适用于宽温区域的子电路温度模型；步骤S4：利用对子电路温度模型中的调节参数进行调节，以对基本模型的宽温区域进行拟合；步骤S5：当基本模型的宽温区域与测试数据相吻合时，得到最终的子电路温度模型。本发明专利技术通过对基本模型进行修正，提高了模型的精准度，并能够在宽温区域范围内有效运用MOS器件进行仿真设计。MOS器件进行仿真设计。MOS器件进行仿真设计。

【技术实现步骤摘要】
一种MOS器件的宽温模型建模方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件建模
，尤其涉及一种MOS器件的宽温模型建模方法。

技术介绍

[0002]随着CMOS技术的不断发展，新材料、新技术不断得到研发和应用，推动工艺节点的持续前进。而随着工艺尺寸进一步微缩，器件波动对电路性能以及可靠性的影响也越来越严重。如何准确地表征器件模型，来为集成电路设计和优化提供参考，是急需解决的重要问题。
[0003]SPICE模型是连接半导体工艺制造技术与电路设计的桥梁，其为电路设计者提供电路仿真的器件级模型。SPICE模型由两部分组成，即模型方程式和模型参数。BSIM模型是加州大学伯克利分校的BSIM研究小组开发的一种基于物理，并具有较高准确性和一定预测性的MOSFETSPICE仿真模型，是业界在MOS建模中最常用的模型之一。模型工程师通过使用BSIM模型调整MOSFET相关的模型参数，将MOSFET器件的测试曲线以及电学参数拟合准确，为电路仿真提供支持。
[0004]通常情况下，BSIM4模型对温度特性的表现，主要通过物理公式的构建和半经验参数的修正公式来实现，其模型对常规温度范围(
‑
40～125℃)的器件特性支持较好。但是，为了适应高可靠性应用场景，电子器件需要工作在更高或者更低温度下，如汽车电子相关应用，要求器件工作温度范围在
‑
55～150℃。为了达成宽温区域范围的电路产品设计，也需要相应的能够准确反映器件在宽温区域范围下特性的模型的支持。
[0005]请参阅图1。由通过BSIM4的MOS器件常规温度范围模型进行仿真数据与测试数据的拟合比对结果可以看出，BSIM4模型对常规温度范围(
‑
40～125℃)的器件特性支持较好。但在常规温度范围以外的宽温区域，例如在
‑
55℃和150℃时，其线性电流Idlin和饱和电流Idsat在宽温区域范围内的测试数值和模型仿真数值的差距相较于常规温度范围的差距偏大，从而影响了模型的适用温度范围和精度。
[0006]由于BSIM4的MOS器件温度模型具有局限性，在一些实际应用中，当半导体电路工作在超出上述常规范围温度时，BSIM4模型预测的仿真结果所使用的半经验公式可能会和实际物理机理产生偏差，造成仿真结果与实际器件的特性有所差异。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种MOS器件的宽温模型建模方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种MOS器件的宽温模型建模方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1：根据测试数据，调整MOS器件的常温电学参数和温度相关参数，建立适用于常规温度范围的基本模型；
[0011]步骤S2：在基本模型中定义宽温区域范围；
[0012]步骤S3：针对基本模型中与温度相关的模型参数，建立仅适用于宽温区域的子电路温度模型；
[0013]步骤S4：利用对子电路温度模型中的调节参数进行调节，以对基本模型的宽温区域进行拟合；
[0014]步骤S5：当基本模型的宽温区域与测试数据相吻合时，得到最终的子电路温度模型。
[0015]进一步地，将在基本模型曲线两端上选定的与测试数据之间的误差超过一定误差率时的某个模型仿真数据对应的测试温度定义为宽温起始温度，所述宽温区域为所述宽温起始温度以外的温度区域。
[0016]进一步地，所述宽温起始温度与所述基本模型中的端点温度相等或不等。
[0017]进一步地，所述步骤S3具体为：针对基本模型中与温度相关的模型参数的与温度相关的调整系数，建立仅适用于宽温区域的子电路温度模型。
[0018]进一步地，所述调整系数包括常温场迁移率u0、ua、ub模型参数的各自与温度相关的调整系数ute、ua1、ub1、常温饱和载流子速度vsat模型参数的与温度相关的调整系数at、阈值电压的调整系数KT1和体偏压的调整系数KT2中的至少一种。
[0019]进一步地，所述子电路温度模型满足以下公式：
[0020]wide_temper_ratio＝1+ratio_temper1*(temper
‑
T1)*temper_flag1+ratio_temper2*(temper
‑
T2)*temper_flag2
[0021]其中，wide_temper_ratio为宽温系数，temper为设定的测试温度，T1为定义的位于高温端的宽温区域的起始温度，T2为定义的位于低温端的宽温区域的起始温度，temper_flag1为用于定义宽温区域范围的高温端温度判定开关，temper_flag2为用于定义宽温区域范围的低温端温度判定开关，ratio_temper1为针对高温端宽温区域的调节参数，ratio_temper2为针对低温端宽温区域的调节参数。
[0022]进一步地，所述高温端温度判定开关temper_flag1和所述低温端温度判定开关temper_flag2分别满足以下公式：
[0023][0024][0025]进一步地，所述高温端宽温区域的调节参数ratio_temper1和所述低温端宽温区域的调节参数ratio_temper2分别满足以下公式：
[0026]ratio_temper1＝min(max(X,Y),Z)
[0027]ratio_temper2＝min(max(X
’
,Y
’
),Z
’
)
[0028]其中，X、Y、Z、X
’
、Y
’
、Z
’
为数值。
[0029]进一步地，所述误差率范围为
±
5％～20％。
[0030]进一步地，所述基本模型包括BSIM4模型。
[0031]由上述技术方案可以看出，本专利技术针对半导体电路可能工作在超出常规范围温度
下，而仿真模型预测的仿真结果所使用的半经验公式可能会和实际物理机理产生偏差，造成仿真结果与实际器件的特性有所差异的问题，在保留现有成熟模型架构的基础上，通过在拟合得到的基本模型中定义宽温区域范围，并针对基本模型中与温度相关的模型参数，建立仅适用于宽温区域的子电路温度模型，以子电路参数添加的方式修正宽温区域的基本模型，使模型仿真数据更加接近实际测试数据，从而可在不影响常规基本模型的基础上，对模型进行宽温区域范围的拓展，使温度拓展区域范围的模型更加精准，使得技术人员得以基于模型仿真进行优化，从而提高电路性能。因此，本专利技术通过修正原基本模型，提高了模型的精准度，并能够在宽温区域范围内有效运用MOS器件进行仿真设计。
附图说明
[0032]图1为利用现有的BSIM4的MOS器件常规温度范围模型进行仿真数据与测试数据的拟合比对结果示意图；图中横坐标代表测试温度，纵坐标代表电学参数，点为测试数据，实线为拟合模型；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MOS器件的宽温模型建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据测试数据，调整MOS器件的常温电学参数和温度相关参数，建立适用于常规温度范围的基本模型；步骤S2：在基本模型中定义宽温区域范围；步骤S3：针对基本模型中与温度相关的模型参数，建立仅适用于宽温区域的子电路温度模型；步骤S4：利用对子电路温度模型中的调节参数进行调节，以对基本模型的宽温区域进行拟合；步骤S5：当基本模型的宽温区域与测试数据相吻合时，得到最终的子电路温度模型。2.根据权利要求1所述的MOS器件的宽温模型建模方法，其特征在于，将在基本模型曲线两端上选定的与测试数据之间的误差超过一定误差率时的某个模型仿真数据对应的测试温度定义为宽温起始温度，所述宽温区域为所述宽温起始温度以外的温度区域。3.根据权利要求2所述的MOS器件的宽温模型建模方法，其特征在于，所述宽温起始温度与所述基本模型中的端点温度相等或不等。4.根据权利要求1所述的MOS器件的宽温模型建模方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：针对基本模型中与温度相关的模型参数的与温度相关的调整系数，建立仅适用于宽温区域的子电路温度模型。5.根据权利要求4所述的MOS器件的宽温模型建模方法，其特征在于，所述调整系数包括常温场迁移率u0、ua、ub模型参数的各自与温度相关的调整系数ute、ua1、ub1、常温饱和载流子速度vsat模型参数的与温度相关的调整系数at、阈值电压的调整系数KT1和体偏压的调整系数KT2中的至少一种。6.根据权利要求1所述的MOS器件的宽温模型建模方法，其特征在于，所述子电路温度模型满足以下公式：wide_temper_ratio＝1+ratio_temper1*(temper
‑
T1)*temper_flag1+ratio_temper2*(t...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞家玉，
申请(专利权)人：上海集成电路装备材料产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：