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    重庆时时彩怎么算胆码: MOS晶体管的器件失配的修正方法.pdf

    关 键 词:
    MOS 晶体管 器件 失配 修正 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201010271617.9

    申请日:

    2010.09.03

    公开号:

    CN102385646A

    公开日:

    2012.03.21

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 专利权的转移IPC(主分类):G06F 17/50变更事项:专利权人变更前权利人:上?;鏝EC电子有限公司变更后权利人:上?;绾炅Π氲继逯圃煊邢薰颈涓孪?地址变更前权利人:201206 上海市浦东新区川桥路1188号变更后权利人:201203 上海浦东新区张江高科技园区祖冲之路1399号登记生效日:20131217|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20100903|||公开
    IPC分类号: G06F17/50; H01L21/66 主分类号: G06F17/50
    申请人: 上?;鏝EC电子有限公司
    发明人: 周天舒; 王正楠
    地址: 201206 上海市浦东新区川桥路1188号
    优先权:
    专利代理机构: 上海浦一知识产权代理有限公司 31211 代理人: 丁纪铁
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201010271617.9

    授权公告号:

    |||102385646B||||||

    法律状态公告日:

    2014.01.08|||2013.02.13|||2012.05.02|||2012.03.21

    法律状态类型:

    专利申请权、专利权的转移|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种MOS晶体管的器件失配的修正方法,首先,确定MOS晶体管的工艺失配参数为BSIM模型中的5个模型参数,分别为MOS晶体管的阈值电压、栅氧厚度、迁移率、沟道宽度偏移量、沟道长度偏移量;其次,设定这5个参数的随机偏差;再次,对MOS晶体管的器件失配进行修正。本发明可以在SPICE软件中对MOS晶体管的器件失配进行仿真分析,而且充分考虑到沟道宽度W、沟道长度L和器件间距D对MOS晶体管的器件失配的影响。

    权利要求书

    1.一种MOS晶体管的器件失配的修正方法,其特征是:
    首先,确定MOS晶体管的工艺失配参数为BSIM模型中的5个模型参数,
    分别为MOS晶体管的阈值电压、栅氧厚度、迁移率、沟道宽度偏移量、沟
    道长度偏移量;
    其次,设定阈值电压的随机偏差
    设定栅氧厚度的随机偏差
    设定迁移率的随机偏差
    设定沟道宽度偏移量的随机误差
    设定沟道长度偏移量的随机误差
    其中W为MOS晶体管的沟道宽度、L为MOS晶体管的沟道长度、D为MOS
    晶体管之间的间距,SΔvt、TΔvt、SΔtox、TΔtox、SΔμ、TΔμ、SΔW、TΔW、SΔL、TΔL
    为随机偏差修正因子;
    再次,对MOS晶体管的器件失配进行修正,具体包括:
    其中vth0
    为修正后的阈值电压,vth0_original为原始的阈值电压;
    其中tox为
    修正后的栅氧厚度,tox_original为原始的栅氧厚度;
    其中u0
    为修正后的迁移率,u0_original为原始的迁移率;
    其中XW为修
    正后的沟道宽度偏移量,XW_original为原始的沟道宽度偏移量;
    其中XL为修正
    后的沟道长度偏移量,XL_original为原始的沟道长度偏移量;
    所述agauss(0,1,3)表示期望值为1、标准差为1/3的正态分布取值范
    围内的随机数。
    2.根据权利要求1所述的MOS晶体管的器件失配的修正方法,其特征
    是,所述随机偏差修正因子TΔvt、TΔtox、TΔμ、TΔW和TΔL仅与D相关,所述随
    机偏差修正因子SΔvt、SΔtox和SΔμ仅与W和L相关,所述随机偏差修正因子SΔW
    仅与L相关,所述随机偏差修正因子SΔL仅与W相关。
    3.根据权利要求2所述的MOS晶体管的器件失配的修正方法,其特征
    是,所述随机偏差修正因子SΔvt、TΔvt、SΔtox、TΔtox、SΔμ、TΔμ、SΔW、TΔW、SΔL、
    TΔL的计算包括如下步骤:
    第1步,从实际测试得到的MOS晶体管的器件失配数据中,先挑选出L
    取值最大的数据,再从中挑选出W取值最大的一组数据;
    将该组数据代入公式
    得到不同D取值所对应的TΔvt、TΔtox、TΔμ、TΔW
    和TΔL的取值;
    第2步,将第1步得到的任意D取值所对应的TΔvt取值代入公式
    得到不同W和L取值所对应的SΔvt取值;
    将第1步得到的任意D取值所对应的TΔtox取值代入公式
    得到不同W和L取值所对应的SΔtox取值;
    将第1步得到的任意D取值所对应的TΔμ取值代入公式
    得到不同W和L取值所对应的SΔμ取值;
    将第1步得到的任意D取值所对应的TΔW取值代入公式
    得到不同L取值所对应的SΔW取值;
    将第1步得到的任意D取值所对应的TΔL取值代入公式
    得到不同W取值所对应的SΔL取值。

    说明书

    MOS晶体管的器件失配的修正方法

    技术领域

    本发明涉及一种半导体器件的失配修正方法。

    背景技术

    在集成电路设计和生产过程中,由于不确定性、随机误差、梯度误差
    等原因,一些设计时完全相同的半导体器件生产后却存在偏差,这便称为
    半导体器件的失配(mismatch)。器件失配会引起器件结构参数和电学参数
    变化,从而极大地影响模拟电路的特性。随着半导体生产工艺发展,器件
    尺寸不断缩小,器件失配主要由随机误差造成,而这种随机误差通常是由
    集成电路生产工艺引起的。

    SPICE(Simulation?Program?with?Integrated?Circuit?Emphasis)
    是一款通用的集成电路仿真软件。由于器件失配对集成电路的影响很大,
    有必要通过软件仿真及早发现并加以修正。目前SPICE软件中缺少针对MOS
    晶体管的器件失配模型。

    发明内容

    本发明所要解决的技术问题是提供一种MOS晶体管的器件失配模型,
    该模型可在SPICE软件中对MOS晶体管由于随机误差导致的失配进行仿真
    并予以修正。

    为解决上述技术问题,本发明MOS晶体管的器件失配的修正方法为:

    首先,确定MOS晶体管的工艺失配参数为BSIM模型中的5个模型参数,
    分别为MOS晶体管的阈值电压(threshold?voltage)、栅氧厚度(gate?oxide
    thickness)、迁移率(mobility)、沟道宽度偏移量(channel?width?offset)、
    沟道长度偏移量(channel?length?offset);

    其次,设定MOS晶体管的阈值电压的随机偏差

    设定栅氧厚度的随机偏差

    设定迁移率的随机偏差

    设定沟道宽度偏移量的随机误差

    设定沟道长度偏移量的随机误差

    其中W为MOS晶体管的沟道宽度、L为MOS晶体管的沟道长度、D为MOS
    晶体管之间的间距,SΔvt、TΔvt、SΔtox、TΔtox、SΔμ、SΔμ、TΔW、SΔW、SΔL、TΔL
    为随机偏差修正因子;

    再次,对MOS晶体管的器件失配进行修正,具体包括:

    其中vth0
    为修正后的MOS晶体管的阈值电压,vth0_original为原始的MOS晶体管的
    阈值电压;

    其中tox为
    修正后的栅氧厚度,tox_original为原始的栅氧厚度;

    其中u0
    为修正后的迁移率,u0_original为原始的迁移率;

    其中XW为修
    正后的沟道宽度偏移量,XW_original为原始的沟道宽度偏移量;

    其中XL为修正
    后的沟道长度偏移量,XL_original为原始的沟道长度偏移量;

    所述agauss(0,1,3)表示期望值为1、标准差(standard?deviation)
    为1/3的正态分布取值范围内的随机数。

    本发明可以在SPICE软件中对MOS晶体管的器件失配进行仿真分析,
    而且充分考虑到沟道宽度W、沟道长度L和器件间距D对MOS晶体管的器件
    失配的影响。

    具体实施方式

    本发明MOS晶体管的器件失配的修正方法为:

    首先,确定MOS晶体管的工艺失配参数为BSIM模型中的5个模型参数,
    分别为MOS晶体管的阈值电压vth0、栅氧厚度tox、迁移率u0、沟道宽度
    偏移量xw、沟道长度偏移量xl。前三个参数在BSIM3模型中就有,后两个
    参数在BSIM4模型中有。后两个参数也是准BSIM3模型参数并为几乎所有
    SPICE软件所承认。

    从半导体器件失配的物理机理来看,主要还是因为半导体工艺参数的
    随机起伏引起的。栅氧厚度、沟道宽度偏移量、沟道长度偏移量恰恰是随
    机工艺参数起伏的直接反映。而从MOS晶体管的物理机理来看,阈值电压
    和迁移率是栅氧厚度、沟道宽度偏移量、沟道长度偏移量的强相关的电学
    参数,而且是SPICE仿真时的最重要的器件参数。因此选择上述5个参数
    表征MOS晶体管的器件失配。

    其次,基于对大量MOS晶体管的器件失配数据的研究及分析,发现上
    述5个参数的随机偏差都是和器件的沟道宽度W和沟道长度L成反比,与
    器件之间的间距D成正比,由此得到各个工艺失配参数的随机误差,包括:
    MOS晶体管的阈值电压vth0的随机偏差这
    是公式1。

    设定栅氧厚度tox的随机偏差这是公式2。

    设定迁移率u0的随机偏差这是公式3。

    设定沟道宽度偏移量xw的随机误差这是公
    式4。

    设定沟道长度偏移量xl的随机误差这是公式
    5。

    其中W为MOS晶体管的沟道宽度、L为MOS晶体管的沟道长度、D为MOS
    晶体管之间的间距,SΔvt、TΔvt、SΔtox、TΔtox、SΔμ、TΔμ、SΔW、TΔW、SΔL、TΔL
    为随机偏差修正因子。

    再次,对MOS晶体管的器件失配进行修正,具体包括:

    这是公式
    6。其中vth0为修正后的MOS晶体管的阈值电压,vth0_original为原始的
    MOS晶体管的阈值电压。

    这是公式7。
    其中tox为修正后的栅氧厚度,tox_original为原始的栅氧厚度。

    这是公式
    8。其中u0为修正后的迁移率,u0_original为原始的迁移率。

    这是公式9。
    其中XW为修正后的沟道宽度偏移量,XW_original为原始的沟道宽度偏移
    量。

    这是公式10。
    其中XL为修正后的沟道长度偏移量,XL_original为原始的沟道长度偏移
    量。

    所述agauss(0,1,3)表示期望值为1、标准差为1/3的正态分布取值范
    围内的随机数。

    上述十个公式都是W、L和D的函数,本申请是基于大量的MOS晶体管
    的器件失配统计数据,经过归纳总结,最终得到上述十个公式的函数关系。

    上述十个公式中,都可以通过实际测试得到。
    在进行器件失配模型的SPICE仿真时,可以不断调整SΔvt、TΔvt、SΔtox、TΔtox、
    SΔμ、TΔμ、SΔW、TΔW、SΔL、TΔL这些随机偏差修正因子的数值,从而使器件
    失配模型的SPICE仿真结果(即上述公式的计算结果)等于实际的失配数
    据(即实际测试得到的数据)。而通过以上调整的过程,即可得到随机偏差
    修正因子SΔvt、TΔvt、SΔtox、TΔtox、SΔμ、TΔμ、SΔW、TΔW、SΔL、TΔL的数值。这
    些随机偏差修正因子仅与W、L和D相关,每一组W、L和D的取值对应一
    组随机偏差修正因子的取值。

    下面给出一种随机偏差修正因子的计算方法作为示例。

    第1步,从实际测试得到的MOS晶体管的器件失配数据中,先挑选出L
    取值最大的数据,再从中挑选出W取值最大的一组数据,对D的取值没有
    限制。将上述公式1、公式2、公式3、公式4、公式5分别予以简化为:

    σ Δvt 2 = D 2 × T Δvt 2 , ]]>这是公式1a。

    σ Δtox 2 = D 2 × T Δtox 2 , ]]>这是公式2a。

    σ Δμ 2 = D 2 × T Δμ 2 , ]]>这是公式3a。

    σ ΔW 2 = D 2 × T ΔW 2 , ]]>这是公式4a。

    σ ΔL 2 = D 2 × T ΔL 2 , ]]>这是公式5a。

    将所述L和W取值最大的一组实际测量的值
    分别代入公式1a、公式2a、公式3a、公式4a、公式5a。

    公式简化的原理是:在公式1、公式2、公式3、公式4、公式5中L、
    W、W×L都出现在分母项上,由于L远大于W,当L取值最大、并且在最大
    L取值的前提下W取值最大时,这些项数可以近似为零。

    对公式1a而言,是实际测量的,因而可以得到不同D取值所对应
    的TΔvt取值,TΔvt仅与D相关。

    对公式2a而言,是实际测量的,因而可以得到不同D取值所对应
    的TΔtox取值,TΔtox仅与D相关。

    对公式3a而言,是实际测量的,因而可以得到不同D取值所对应
    的TΔμ取值,TΔμ仅与D相关。

    对公式4a而言,是实际测量的,因而可以得到不同D取值所对应
    的TΔW取值,TΔW仅与D相关。

    对公式5a而言,是实际测量的,因而可以得到不同D取值所对应
    的TΔL取值,TΔL仅与D相关。

    经过第1步计算,已经得到了不同D取值所对应的TΔvt、TΔtox、TΔμ、TΔW
    和TΔL的取值。

    第2步,将第1步得到的任意D取值所对应的TΔvt取值代入公式1,得
    到不同W和L取值所对应的SΔvt取值,SΔvt仅与W和L相关。

    将第1步得到的任意D取值所对应的TΔtox取值代入公式2,得到不同W
    和L取值所对应的SΔtox取值,SΔtox仅与W和L相关。

    将第1步得到的任意D取值所对应的TΔμ取值代入公式3,得到不同W
    和L取值所对应的SΔμ取值,SΔμ仅与W和L相关。

    将第1步得到的任意D取值所对应的TΔW取值代入公式4,得到不同L
    取值所对应的SΔW取值,SΔW仅与L相关。

    将第1步得到的任意D取值所对应的TΔL取值代入公式5,得到不同W
    取值所对应的SΔL取值,SΔL仅与W相关。

    经过第2步计算,又得到了不同W和L取值所对应的SΔvt、SΔtox、SΔμ、
    SΔW和SΔL的取值,即得到了不同W、L和D情况下各个随机偏差修正因子的
    取值。

    agauss(nominal_val,abs_variation,sigma)函数是SPICE软件中的
    用绝对变量的正态分布函数,其中nominal_val为正态分布的标称值
    (nominal?value),abs?variation为正态分布的绝对偏移量(absolute
    variation),sigma为正态分布的绝对偏移量的指定级别(specified
    level)。agauss函数的取值范围是从nominal_val-abs_variation到
    nominal_val+abs_variation。例如sigma=3,则该正态分布的标准差为
    abs_variation/3。

    本发明根据MOS晶体管的器件失配的物理机理,给出了5个参数予以
    表征,并且给出了器件失配的修正方法,最终可以在SPICE软件中对MOS
    晶体管的器件失配进行仿真分析。

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