本發(fā)明屬于器件集約模型參數(shù)提取技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種soimosfet總劑量模型參數(shù)確定方法。

背景技術(shù)：

隨著空間技術(shù)的不斷發(fā)展，信息社會使用的電子產(chǎn)品被越來越廣泛地應(yīng)用于空間探測與太空航行。而太空中存在的各類射線，將對電子產(chǎn)品產(chǎn)生不可逆破壞，從而使空間儀器失靈。soi(silicon-on-insulator)是一種絕緣體上硅技術(shù)，其很好地降低地空間粒子對電路造成的單粒子翻轉(zhuǎn)、單粒子閂鎖等輻射效應(yīng)，但由于其仍然存在大量的硅、二氧化硅界面(淺槽隔離場氧、埋氧)，使得輻射粒子在這些界面產(chǎn)生大量的冗余電荷，進一步導(dǎo)致電子器件不能工作在正常工作區(qū)。從而對基于soi器件的電路進行輻射工藝加固與設(shè)計加固成為必要。

mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)集約模型是一種將mosfet器件物理效應(yīng)描述為數(shù)學(xué)方程，并通過參數(shù)提取形成可供電路大規(guī)模eda仿真的模型。soimosfet集約模型是一種可以用于仿真soi器件的集約模型。高精度與高速度的集約模型可以縮小電路設(shè)計者在設(shè)計與流片成品之間的差異，可以大大提高設(shè)計準確度，縮短開發(fā)周期。

soimosfet總劑量集約模型是一種可以反映出總劑量在soimosfet中影響，并能通過仿真準確地反映在電路電學(xué)特性的變化上。通過這種模型可以為電路設(shè)計者提供可行可靠的輻射加固電路設(shè)計方案，減少輻射測試次數(shù)，大幅縮短設(shè)計周期與研發(fā)資金投入。

現(xiàn)有的soimosfet總劑量集約模型是基于在主晶體管外圍加子電路的基本思路而建立的宏模型。而宏模型的建立必須通過參數(shù)提取才能得到對應(yīng)工藝的可用于仿真的集約模型。其包含器件輻照測試數(shù)據(jù)采集與參數(shù)提取兩大部分?，F(xiàn)有的soimosfet總劑量集約模型存在參數(shù)提取過程復(fù)雜的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種soimosfet總劑量模型參數(shù)確定方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中soimosfet總劑量集約模型參數(shù)提取過程復(fù)雜、精確度不高的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種soimosfet總劑量模型參數(shù)確定方 法，包括如下步驟：

s1：獲取soimosfet在不同劑量輻照下開、關(guān)兩種工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)移特性數(shù)據(jù)與傳輸特性數(shù)據(jù)；

s2：篩選步驟s1得到的數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入測試數(shù)據(jù)到參數(shù)提取軟件；

s3：提取上邊角等效晶體管參數(shù)及場氧側(cè)壁等效晶體管參數(shù)；

s4：導(dǎo)出總劑量集約模型卡文件；

s5：導(dǎo)入各個單點的總劑量模型到所述參數(shù)提取軟件，生成全區(qū)域的總劑量bin模型卡文件。

可選地，于所述步驟s1中，所述mosfet為pmos或nmos。

可選地，于所述步驟s1中，采用鈷60輻照源進行輻照測試。

可選地，于所述步驟s1中，輻射劑量范圍是0～1000krad/sio2。

可選地，于所述步驟s1中，至少采用兩種輻射劑量進行輻照測試。

可選地，于所述步驟s1中，在開工作狀態(tài)下，施加在各端口的電壓為v_drain＝v_source＝v_body＝v_substrate＝0v，v_gate＝vdd，在關(guān)工作狀態(tài)下，施加在各端口電壓為v_drain＝v_source＝v_body＝v_substrate＝v_gate＝0v，其中，v_drain為漏極電壓，v_source為源極電壓，v_body為體區(qū)電壓，v_substrate為基底電壓，v_gate為柵極電壓，vdd為工作電壓。

可選地，于所述步驟s2中，篩選步驟s1得到的數(shù)據(jù)包括如下步驟：計算每組測試數(shù)據(jù)各個劑量點的閾值電壓，如果該組數(shù)據(jù)的閾值電壓變化為隨劑量增大而單調(diào)減小，則選取該組數(shù)據(jù)。

可選地，于所述步驟s2中，所述參數(shù)提取軟件為tidfit。

可選地，于所述步驟s2中，還包括設(shè)置器件的工藝參數(shù)、幾何參數(shù)及類型參數(shù)的步驟。

可選地，還包括仿真沒有輻照前的器件轉(zhuǎn)移特性，并根據(jù)得到的亞閾值斜率值對所述工藝參數(shù)中的亞閾值斜率參數(shù)進行修正的步驟，修正之后重新仿真本底電流。

可選地，于所述步驟s3中，還包括調(diào)節(jié)上邊角等效晶體管參數(shù)及場氧側(cè)壁等效晶體管參數(shù)以修正曲線的擬合細節(jié)的步驟。

可選地，于所述步驟s3中，所述上邊角等效晶體管參數(shù)包括上邊角柵氧厚度、上邊角閾值電壓、上邊角閾值電壓偏移、上邊角遷移率、上邊角劑量飽和因子、上邊角飽和速度及上邊角寬度中的一種或多種；所述場氧側(cè)壁等效晶體管參數(shù)包括場氧側(cè)壁柵氧厚度、場氧側(cè)壁閾值電壓、場氧側(cè)壁閾值電壓偏移、場氧側(cè)壁遷移率、場氧側(cè)壁劑量飽和因子、場氧側(cè)壁飽和速度、場氧側(cè)壁寬度及弱反型系數(shù)中的一種或多種。

可選地，于所述步驟s4中，導(dǎo)出至少四種不同尺寸的soimosfet的單點模型。

可選地，還包括步驟s6，采用總劑量物理模型描述文件、電路網(wǎng)表文件及所述總劑量bin模型卡文件進行器件轉(zhuǎn)移特性仿真。

可選地，于所述步驟s6中，仿真不同劑量輻照下，soimosfet的漏電流隨前柵電壓的變化曲線。

如上所述，本發(fā)明的soimosfet總劑量模型參數(shù)確定方法，具有以下有益效果：(1)與傳統(tǒng)的參數(shù)提取方法相比，本發(fā)明采用了與主晶體管分離的方式進行參數(shù)提取(主晶體管的參數(shù)提取可以采用工業(yè)標準流程進行參數(shù)提取，總劑量模型參數(shù)提取不會對主晶體管模型參數(shù)產(chǎn)生影響，兩者是獨立的)，細化了物理模型中各個區(qū)域的敏感參數(shù)，提高了參數(shù)擬合的準確度；(2)本發(fā)明可以準確地擬合出soimosfet受總劑量輻射效應(yīng)影響時在亞閾值區(qū)產(chǎn)生的hump效應(yīng)；(3)模型以bin模型卡的形式存在，可以仿真全區(qū)域尺寸器件(即各個尺寸的器件)總劑量效應(yīng)。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明的soimosfet總劑量模型參數(shù)確定方法的流程圖。

圖2顯示為淺槽隔離柵氧區(qū)的參數(shù)調(diào)整與曲線擬合圖。

圖3顯示為上邊角區(qū)的參數(shù)調(diào)整與曲線擬合圖。

圖4顯示為器件轉(zhuǎn)移特性仿真結(jié)果與測試結(jié)果對比。

元件標號說明

s1～s5步驟

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖1至圖4。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

如圖1所示，顯示為本發(fā)明的soimosfet總劑量模型參數(shù)確定方法的流程圖，包括如下步驟：

步驟s1：獲取soimosfet在不同劑量輻照下開、關(guān)兩種工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)移特性數(shù)據(jù)與傳輸特性數(shù)據(jù)。

具體的，所述mosfet為pmos或nmos。其中，轉(zhuǎn)移特性數(shù)據(jù)包括前柵電壓與源漏電流關(guān)系，傳輸特性數(shù)據(jù)包括源漏電壓與源漏電流關(guān)系。

具體的，可選用至少四種尺寸的mosfet進行測試。尺寸參數(shù)包括寬度w及長度l，其中，寬度w指的是柵垂直于溝道方向長度，長度l指的是溝道長度。

本步驟中，選用多種尺寸的soimosfet進行測試，可以得到全區(qū)域的總劑量模型。對于每種尺寸的mosfet，至少采用兩種輻射劑量進行輻照測試，輻射劑量范圍是0～1000krad/sio2。此處，每單位物質(zhì)質(zhì)量所接受的輻射能量稱為劑量，常用拉德(rad)或者戈瑞(gray)作為計量單位，它們與其它常用能量單位之間的關(guān)系為：1rad＝100erg/g＝6.24×1013ev/g，1gray＝1j/kg＝100rad。在輻射強度一定的情況下，所接受到的輻射劑量與材料本身的原子密度有關(guān)；密度大者，接受的劑量大，密度小者，接受的劑量小。例如，對于常見的幾種微電子材料，其劑量之間的關(guān)系為：1rad/si＝0.58rad/sio2＝0.94rad/gaas。整個材料或者器件所接受到的輻射劑量的總和，即稱為總劑量(tid)。本實施例中，器件接受的總輻射劑量以rad/sio2為單位。

步驟s2：篩選步驟s1得到的數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入測試數(shù)據(jù)到參數(shù)提取軟件。

具體的，篩選步驟s1得到的數(shù)據(jù)包括如下步驟：

1)采用行業(yè)通用方法計算每組測試數(shù)據(jù)各個劑量點的閾值電壓；

2)如果該組數(shù)據(jù)的閾值電壓變化隨劑量增大而單調(diào)減小，則選取該組數(shù)據(jù)。

所述參數(shù)提取軟件包括但不限于tidfit等軟件。其中，tidfit為專用于soimosfet總劑量建模而開發(fā)的參數(shù)提取軟件。

本步驟中，還包括設(shè)置器件的工藝參數(shù)、幾何參數(shù)及類型參數(shù)的步驟。

進一步的，本步驟還包括仿真沒有輻照前的器件轉(zhuǎn)移特性，并根據(jù)得到的亞閾值斜率值對所述工藝參數(shù)中的亞閾值斜率參數(shù)進行修正的步驟，修正之后重新仿真本底電流。

步驟s3：提取上邊角等效晶體管參數(shù)及場氧側(cè)壁等效晶體管參數(shù)。

具體的，所述上邊角等效晶體管參數(shù)包括上邊角柵氧厚度、上邊角閾值電壓、上邊角閾值電壓偏移、上邊角遷移率、上邊角劑量飽和因子、上邊角飽和速度及上邊角寬度中的一種或多種；所述場氧側(cè)壁等效晶體管參數(shù)包括場氧側(cè)壁柵氧厚度、場氧側(cè)壁閾值電壓、場氧側(cè)壁閾值電壓偏移、場氧側(cè)壁遷移率、場氧側(cè)壁劑量飽和因子、場氧側(cè)壁飽和速度、場氧側(cè)壁 寬度及弱反型系數(shù)中的一種或多種。

步驟s4：導(dǎo)出總劑量集約模型卡文件。

具體的，分別導(dǎo)出不同尺寸的soimosfet的單點模型。此處，單點模型是指對應(yīng)單一一種尺寸的模型。

步驟s5：導(dǎo)入各個單點的總劑量模型到所述參數(shù)提取軟件，生成全區(qū)域的總劑量bin模型卡文件。

具體的，bin模型卡使用工業(yè)標準模型bsim3.3中的bin模型生成方法得到。

本發(fā)明解決了現(xiàn)有總劑量模型存在參數(shù)提取過程復(fù)雜的現(xiàn)狀，提供了一種簡化的參數(shù)提取流程，并保證了模型的準確度。模型以bin模型卡的形式存在，可以仿真全區(qū)域尺寸器件總劑量效應(yīng)。

進一步的，本發(fā)明的的soimosfet總劑量模型參數(shù)確定方法還包括步驟s6：采用總劑量物理模型描述文件、電路網(wǎng)表文件及所述總劑量bin模型卡文件進行器件轉(zhuǎn)移特性仿真。

具體的，仿真不同劑量輻照下，soimosfet的漏電流idrain隨前柵電壓vfrontgate的變化曲線。其中，總劑量物理模型描述文件是通過verilog-a語言表述的，是根據(jù)物理模型編寫的，這個文件在提取參數(shù)的整個流程中并不需要修改，是一個給定的文件，與參數(shù)提取無關(guān)，但最終將參數(shù)提取完成后進行電路仿真是需要這個文件的。電路網(wǎng)表文件是電路設(shè)計者編寫的文件，這個文件用spice語言編寫，包含了要仿真的電路的全部信息，該文件與參數(shù)提取也沒有關(guān)系，但電路仿真需要用到。

作為示例，以0.13微米soicmos工藝中1.2vnmos為例，進行soimosfet總劑量模型參數(shù)提取，包括如下過程：

1)選取寬長比w/l＝10/10、10/0.13、0.15/10、0.15/0.13(單位均為微米)四種尺寸的nmos器件進行封裝，將drain(漏極)、gate(柵極)、source(源極)、body(體區(qū))、substrate(基底)六端全部用金線引出。

本實施例中，選用了四種尺寸的nmos器件進行測試，在其它實施例中，也可以根據(jù)需要選用更多種尺寸的器件進行測試。

2)采用鈷60輻照源進行輻照測試，全部器件使用on(開)、off(關(guān))兩種測試偏置狀態(tài)。on偏置時，各端口電壓為v_drain＝v_source＝v_body＝v_substrate＝0v，v_gate＝1.2v(工作電壓)，off偏置時，各端口電壓為v_drain＝v_source＝v_body＝v_substrate＝v_gate＝0v，輻射的時間根據(jù)不同的劑量率而確定，保證器件接受的總輻射劑量為100k、400k、700k、1000k(單位均為rad/sio2)。

3)將輻照達到指定劑量的器件取下，使用半導(dǎo)體參數(shù)測試儀測量器件的轉(zhuǎn)移特性與傳輸 特性兩組數(shù)據(jù)。其中，轉(zhuǎn)移特性數(shù)據(jù)包括前柵電壓與源漏電流關(guān)系，傳輸特性數(shù)據(jù)包括源漏電壓與源漏電流關(guān)系。

4)重復(fù)步驟2)-3)采集下一個劑量點的數(shù)據(jù)，直至總劑量達到1000krad/sio2。

5)將篩選出來的數(shù)據(jù)導(dǎo)入?yún)?shù)提取軟件tidfit。然后設(shè)置器件的工藝參數(shù)、幾何參數(shù)及類型參數(shù)，其中，器件的工藝參數(shù)包括體因子開關(guān)(isgammaset)、主晶體管柵氧厚度(toxref)、亞閾值斜率(ss)、體區(qū)摻雜濃度(nsub)、有效源漏電壓參數(shù)(delta)等參數(shù)中的一種或多種；所述幾何參數(shù)包括柵垂直于溝道方向長度(w)及溝道長度(l)；所述類型參數(shù)包括工作電壓(vdd)。

6)仿真沒有輻照前的器件轉(zhuǎn)移特性(前柵電壓與源漏電流關(guān)系)，并根據(jù)得到的亞閾值斜率值對ss參數(shù)進行修正，修正之后重新仿真本底電流。

7)調(diào)節(jié)場氧側(cè)壁等效晶體管參數(shù)使得曲線(場氧側(cè)壁區(qū)電流隨電壓的變化曲線)對場氧側(cè)壁區(qū)(淺槽隔離柵氧區(qū))測試數(shù)據(jù)擬合較好。作為示例，所述場氧側(cè)壁等效晶體管參數(shù)包括場氧側(cè)壁柵氧厚度(toxsti2)、場氧側(cè)壁閾值電壓(vth0sti2)、場氧側(cè)壁閾值電壓偏移(voffsti2)、場氧側(cè)壁遷移率(usti2)、場氧側(cè)壁劑量飽和因子(taosti2)、場氧側(cè)壁飽和速度(satsti2)、場氧側(cè)壁寬度(wsti2)及弱反型系數(shù)(minv)。

如圖2所示，顯示為場氧側(cè)壁區(qū)的參數(shù)調(diào)整與曲線擬合圖，其中，縱坐標為對數(shù)電流(a)、橫坐標為電壓(v)，實心點表示測試數(shù)據(jù)，實心線表示擬合曲線。場氧側(cè)壁區(qū)的參數(shù)會影響器件的關(guān)態(tài)漏電流。

8)調(diào)節(jié)上邊角等效晶體管參數(shù)使得曲線(上邊角區(qū)電流隨電壓的變化曲線)對上邊角區(qū)測試數(shù)據(jù)擬合較好。作為示例，所述上邊角等效晶體管參數(shù)包括上邊角柵氧厚度(toxsti1)、上邊角閾值電壓(vth0sti1)、上邊角閾值電壓偏移(voffsti1)、上邊角遷移率(usti1)、上邊角劑量飽和因子(taosti1)、上邊角飽和速度(satsti1)及上邊角寬度(wsti1)。

如圖3所示，顯示為上邊角區(qū)的參數(shù)調(diào)整與曲線擬合圖，其中，實心點表示測試數(shù)據(jù)，實心線表示擬合曲線。此處，上邊角區(qū)指的是主晶體管與場氧側(cè)壁區(qū)交界的拐角，這個區(qū)域的參數(shù)影響hump效應(yīng)。其中，hump效應(yīng)指的是mosfet在輻照之后除了關(guān)態(tài)漏電流變大之外，亞閾值區(qū)也會出現(xiàn)一個“鼓包”，現(xiàn)有的總劑量模型無法表述這個效應(yīng)，只能表述關(guān)態(tài)漏電流變大。

9)重復(fù)步驟7)-8)以修正曲線的擬合細節(jié)。

需要指出的是，在重復(fù)步驟7)-8)的過程中，不需要整個曲線都吻合得很好，只要最終疊加的總電流與測試結(jié)果吻合即可。其中步驟7)調(diào)整的是側(cè)壁區(qū)的電流，步驟8)是邊角區(qū)的，在分別調(diào)整這兩個區(qū)域的電流時，可能一個區(qū)域的電流吻合精度提高了，但加上另一個 區(qū)域的電流之后精度卻下降了，所以要反復(fù)操作7)-8)，使總電流精度提高，從而確定如下參數(shù)：(1)上邊角等效晶體管參數(shù)，包括上邊角柵氧厚度、上邊角閾值電壓、上邊角閾值電壓偏移、上邊角遷移率、上邊角劑量飽和因子、上邊角飽和速度及上邊角寬度等參數(shù)中的一種或多種；(2)場氧側(cè)壁等效晶體管參數(shù)：包括場氧側(cè)壁柵氧厚度、場氧側(cè)壁閾值電壓、場氧側(cè)壁閾值電壓偏移、場氧側(cè)壁遷移率、場氧側(cè)壁劑量飽和因子、場氧側(cè)壁飽和速度、場氧側(cè)壁寬度及弱反型系數(shù)等參數(shù)中的一種或多種。

10)導(dǎo)出經(jīng)過以上步驟得到的各個尺寸soimosfet的單點模型(總劑量集約模型卡文件)，并導(dǎo)入軟件生成全區(qū)域的總劑量bin模型卡文件。其中，每個單點模型僅對應(yīng)一種尺寸，而全區(qū)域的總劑量bin模型可涵蓋各個尺寸器件，可以仿真全區(qū)域尺寸器件總劑量效應(yīng)。

11)調(diào)用經(jīng)過以上步驟生成的總劑量模型卡bin文件與已有的總劑量物理模型描述文件、電路網(wǎng)表文件進行器件轉(zhuǎn)移特性仿真。

作為示例，圖4顯示為尺寸為w/l＝0.15/0.13的器件轉(zhuǎn)移特性仿真結(jié)果(實線)與測試結(jié)果(實心點)的對比結(jié)果。可見，本發(fā)明的soimosfet總劑量模型參數(shù)確定方法具有很高的參數(shù)擬合準確度。同時，從圖4中-0.2v-0.1v區(qū)域可看出，本發(fā)明可以準確地擬合出soimosfet受總劑量輻射效應(yīng)影響時在亞閾值區(qū)產(chǎn)生的hump效應(yīng)。

綜上所述，本發(fā)明的soimosfet總劑量模型參數(shù)確定方法，采用了與主晶體管分離的方式進行參數(shù)提取，細化了物理模型中各個區(qū)域的敏感參數(shù)，提高了參數(shù)擬合的準確度；本發(fā)明可以準確地擬合出soimosfet受總劑量輻射效應(yīng)影響時在亞閾值區(qū)產(chǎn)生的hump效應(yīng)；本發(fā)明中，模型以bin模型卡的形式存在，可以仿真全區(qū)域尺寸器件總劑量效應(yīng)。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。