[发明专利]应用于MOSFET电学仿真的BSIM3 HCI可靠性模型

说明书

技术领域

本发明属于集成电路领域，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。 

背景技术

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。 

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种0.35μm-0.5μm标准工艺MOSFET的BSIM3 HCI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，本发明提供一种应用于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，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。