[发明专利]MOSFET BSIM3热载流子注入可靠性模型的建模方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路器件模拟技术领域，涉及一种应用于MOSFET电 学仿真的BSIM3 HCI可靠性模型的建模方法，尤其涉及一种与施加偏压大 小条件相关的应用于热载流子注入(Hot Carrier Injection，HCI)可靠性研究 的MOSFET BSIM 3(Berkeley Short-channel IGFET Model，伯克利短沟道 场效应MOS晶体管模型)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

考虑到半导体产品的质量无论从承制还是使用方的角度来说，主要表现 在技术性能、经济性能、安全性能和可靠性能等四个方面，可靠性作为产品 质量重要因素，近年来甚至和技术性能占有相同的地位，可靠性的精确预测 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，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在不同的偏压条件下施加不同偏压时间过程之后的器 件电学特性。

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 模型是目前业界对标准工艺MOSFET进行建模应用最广泛的模型。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。

目前业界已经提出了随不同的施加偏压时间过程变化的HCI可靠性模 型，但是基于业界广泛应用的可靠性分析方法(即：在不同的偏压下对 MOSFET进行加速测试)，该模型不能描述器件输出特性随不同偏压大小的 条件变化。例如，专利申请号为CN200810204973.1的中国专利“应用于 MOSFET电学仿真的BSIM3 HCI可靠性模型”中，公开了一种在传统标准BSIM3 模型基础改进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BSIM3 HCI可靠性模型，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，对选取的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)进行重新定义，使BSIM3 HCI可靠性模型模型能精确描 述随着工作时间的延长器件特性的变化情况；但是该专利公开的BSIM3 HCI 可靠性模型中并没有包含偏压条件的变化对器件输出特性的影响，从而受制 了该可靠性模型在器件模拟中应用的完善性和准确性。

综上所述，一种更完善的能够包含有施加偏压大小及其偏压时间信息的 MOSFET BSIM3 HCI可靠性模型变得迫切需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种建立包含有施加偏压大小及其偏 压时间的MOSFET BSIM3 HCI可靠性模型的方法。

为解决以上技术问题，本发明提供的一种应用于MOSFET电学仿真的 BSIM3 HCI可靠性模型的建模方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)根据通用的MOSFET晶体管BSIM3 SP ICE仿真模型，选取与偏 压大小条件相关的第一标准参数、以及与偏压时间条件相关的第 二标准参数；

(2)对每个标准参数，依次选取可靠性参数作为其调制因子，得出每 个第一标准参数关于偏压大小条件的计算公式，或者得出第二标 准参数关于偏压时间条件的计算公式；

(3)根据标准工艺MOSFET晶体管，选择不同偏压大小条件下进行测 量，并使用所述MOSFET晶体管BSIM3 SPICE通用的仿真模型 进行参数提取，提取每个第一标准参数在不同偏压大小条件下的 数值，推导出所述调制因子的数值，确定每个第一标准参数的计 算公式；