CN101587501B

CN101587501B - 电容建模方法

Info

Publication number: CN101587501B
Application number: CN2008101125117A
Authority: CN
Inventors: 沈良; 黄俊诚
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2028-05-23
Also published as: CN101587501A

Abstract

一种电容建模方法，包括，选取一种偏置电压，至少测量该偏置电压下，同一半导体器件在三种温度下的电容值，所述三种温度至少包括室温；将室温下的电容测量值作为一元二次函数的常数，将其他测量温度与所述室温的温差作为一元二次函数的变量值，将其他测量温度下的电容测量值作为一元二次函数的函数值构建一元二次函数，来获得所述一元二次函数的二次项系数和一次项系数；将所获得的二次项系数、一次项系数和常数作为所述偏置电压下的电容模型参数，并把所述一元二次函数作为电容模型表达式。根据所述电容建模方法获得电容模型更精确，符合仿真精度的要求。

Description

电容建模方法

技术领域

本发明涉及一种电容建模方法。

背景技术

随着半导体器件尺寸的越来越小，对半导体器件设计精度的要求也越来越高。其中，寄生电容由于会影响半导体器件性能，在半导体器件的设计中也成为了需要重点考虑的因素。

目前，为了使得保证设计的精确性，都会在设计之前对半导体器件建立模型进行仿真来获得各种情况下的半导体器件参数。一般来说，建立模型的方法都是先测量数据，并在数据基础上得到能够涵盖数据的表达式来作为模型表达式。例如，美国专利号为7080332的发明公开了一种对于半导体器件进行仿真的方法。通过测量半导体器件的电学特性，并得到特性参数来获得一个能够描述电学特性的线性模型，再根据模型来预测半导体器件的电学特性变化。而目前使用的集成电路仿真程序(SPICE，Simulation Program withIntegrated Circuit Emphasis)就包含了半导体器件的电容模型，应用SPICE可以对半导体器件进行仿真来获得寄生电容值。对所述仿真简述如下：如上所述，SPICE中一般已包含有与寄生电容相关的模型参数，包括寄生电容的相关计算公式，以及公式中相关的一些初始值。在应用SPICE进行仿真时，先设置半导体器件的工作环境，例如温度、偏置电压等，然后运行SPICE来获得所设置的工作环境下半导体器件的寄生电容值。现有SPICE中与寄生电容相关的模型参数中的计算公式是基于认为半导体器件的寄生电容值的变化与温度变化呈线性关系，从而仿真电容值通常只根据单一的已知电容测量值简单外推而得。然而，在实际测量过程中发现，电容测量值的变化与温度变化并非呈线性关系。从图3中可以看到，应用现有SPICE中的电容模型仿真所得趋势线20与实际电容测量值10相差较大，仅有很少的几点实际电容测量值落于仿真线上。因此现有SPICE中的电容模型不符合仿真精度的要求。而不精确的仿真结果无疑会影响对于半导体器件的设计精度。

发明内容

本发明提供一种电容建模方法，解决现有技术电容模型不符合仿真精度的要求，从而影响半导体器件的设计精度的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种电容建模方法，包括：

在一偏置电压下，至少测量同一半导体器件在三种温度下的电容值，其中至少包括在室温下测量所述半导体器件的电容值；

根据所述测量值获得电容随温度变化的趋势；

以一元二次函数模拟所述电容随温度变化的趋势，包括：将所述室温下的电容测量值作为一元二次函数的常数，将至少两个其他测量温度各自与所述室温的温差作为一元二次函数的变量值，将与所述温差对应的电容测量值作为一元二次函数的函数值，来获得所述一元二次函数的二次项系数和一次项系数；

将所获得的二次项系数、一次项系数和常数作为所述偏置电压下电容随温度变化的电容模型参数，并代入所述一元二次函数，以所述一元二次函数作为所述偏置电压下的电容模型表达式。

可选的，所述测量同一半导体器件在三种温度下的电容值还包括分别在高温和低温下，至少选取一个温度值，测量所述半导体器件的电容值。

与现有技术相比，上述方案具有以下优点：上述所公开的电容建模方法通过至少选取包括室温在内的三种温度下的电容测量值作为建模数据基础，而非通过单一值简单外推。通过将室温下的电容测量值作为常数项，将其他测量温度下的电容测量值作为函数值来构建一元二次函数，获得一元二次函数的二次项系数、一次项系数，并结合常数项作为电容模型参数，从而所述电容模型参数更真实地反映了电容在不同温度下的变化情况，因而根据所述电容建模方法获得电容模型更精确，符合仿真精度的要求。

并且，上述所公开的电容建模方法的可选方案还包括分别在高温和低温下，至少选取一个温度值，测量所述半导体器件的电容值，由于所选取的三种温度分别包括高温、室温、低温三种温度情况，因而进一步增加了所建电容模型的精确性。

附图说明

图1是本发明电容建模方法的实施方式流程图；

图2是应用图1所示电容建模方法获得电容模型文件图；

图3是现有技术电容模型以及应用图1所示电容建模方法获得的电容模型的仿真曲线对比图。

具体实施方式

本发明所公开的电容建模方法通过至少选取包括室温在内的三种温度下的电容测量值作为建模数据基础，而非通过单一值简单外推。通过将室温下的电容测量值作为常数项，将其他测量温度下的电容测量值作为函数值来构建一元二次函数，获得一元二次函数的二次项系数、一次项系数，并结合常数项作为电容模型参数，从而所述电容模型参数更真实地反映了电容在不同温度下的变化情况，因而根据所述电容建模方法获得电容模型更精确，符合仿真精度的要求。

参照图1所示，本发明电容建模方法包括下列步骤：

步骤s1，在一偏置电压下，至少测量同一半导体器件在三种温度下的电容值，其中至少包括在室温下测量所述半导体器件的电容值；

步骤s2，根据所述测量值获得电容随温度变化的趋势；

步骤s3，以一元二次函数模拟所述电容随温度变化的趋势，包括：将所述室温下的电容测量值作为一元二次函数的常数，将至少两个其他测量温度各自与所述室温的温差作为一元二次函数的变量值，将与所述温差对应的电容测量值作为一元二次函数的函数值，来获得所述一元二次函数的二次项系数和一次项系数；

步骤s4，将所获得的二次项系数、一次项系数和常数作为所述偏置电压下电容随温度变化的电容模型参数，并代入所述一元二次函数，以所述一元二次函数作为所述偏置电压下的电容模型表达式；

步骤s5，选取另一种偏置电压，返回步骤s1，

其中所述一元二次函数为：

C_j＝C_j0+C₁×ΔT+C₂×ΔT²，Cj表示所述半导体器件的电容测量值，Cj0表示室温下所述半导体器件的电容测量值，ΔT表示其他测量温度与室温的温差，C₂、C₁分别为所述一元二次函数的二次项系数和一次项系数。

所述测量同一半导体器件在三种温度下的电容值还包括分别在高温和低温下，至少选取一个温度值，测量所述半导体器件的电容值。所述室温可以25℃。所述高温可以125℃，低温可以-40℃。

下面通过一个具体的例子来使得上述说明更加清楚。

首先，执行步骤s1，在一偏置电压下，至少测量同一半导体器件在三种温度下的电容值，其中至少包括在室温下测量所述半导体器件的电容值。例如，测量半导体器件在偏置电压V＝0时，低温、室温、高温下的电容值。所述低温温度可以为例如-40℃、所述室温温度可以为例如25℃、所述高温温度可以为例如125℃时。当然，测量温度的范围并非仅限于上述的三个温度，为了使得结果更精确，还可在每一种温度情况下多选取几个温度值进行测量。

接着，执行步骤s2，根据所述测量值获得电容随温度变化的趋势。参照图3所示，以测量温度和所述室温的温差作为横坐标，以对应的电容值作为纵坐标，来获得电容随温度变化的趋势。

接下来，执行步骤s3，以一元二次函数模拟所述电容随温度变化的趋势，包括：将所述室温下的电容测量值作为一元二次函数的常数，将至少两个其他测量温度各自与所述室温的温差作为一元二次函数的变量值，将与所述温差对应的电容测量值作为一元二次函数的函数值，来获得所述一元二次函数的二次项系数和一次项系数。

将偏置电压V＝0时，温度为25℃时测得的半导体器件电容值作为所述一元二次函数的常数项C_j0。当然，所述室温并非限定于25℃，也可根据实际的器件设计要求而定。

将偏置电压V＝0时，温度为125℃时和-40℃时的半导体器件电容值代入一元二次函数中。以C₁₂₅表示125℃时所测得的电容值，则C₁₂₅＝C_j0+C₁×(125-25)+C₂×(125-25)²。同样地，以C_-40表示-40℃时所测得的电容值，则C_-40＝C_j0+C₁×(-40-25)+C₂×(-40-25)²，通过Excel就能获得C₁ 和C₂的值。

然后，执行步骤s4，将所获得的二次项系数、一次项系数和常数作为所述偏置电压下电容随温度变化的电容模型参数，并代入所述一元二次函数，以所述一元二次函数作为所述偏置电压下的电容模型表达式。将C₁、C₂、C_j0 作为电容模型参数，并将C₁、C₂、C_j0代入一元二次函数，将由C₁、C₂、C_j0 组成的一元二次函数C_j＝C_j0+C₁×ΔT+C₂×ΔT²作为偏置电压V＝0时的电容模型表达式。所述模型表达式既能满足125℃时半导体器件的电容值，也能满足-40℃时半导体器件的电容值，并且由于ΔT＝T-25℃，因此在25℃时所述函数值C_j＝C_j0，显然也能满足25℃时半导体器件的电容值。因此，所述的一元二次函数在所述偏置电压下能够同时满足高温、室温、低温三种不同温度下的半导体器件电容值。

例如，在温度为25℃时，测得半导体器件在偏置电压V＝0时的电容值为2.04E-4F/μm²，接着测量V＝0时，温度为125℃时的半导体器件电容值，以及V＝0时，温度为-40℃时的半导体器件电容值，然后依据上述方法获得C₁＝2.33E-7，C₂＝1.25E-9，则最终形成的一元二次函数C_j＝2.04E-4+(2.33E-7)×ΔT+(1.25E-9)×ΔT²就是满足偏置电压V＝0时，高温、室温、低温三种不同温度下的半导体器件电容值的模型表达式。当需要获得偏置电压V＝0时，某一温度下的半导体器件电容值，只需将所述温度与室温相减代入ΔT即可，例如偏置电压V＝0时，温度为60℃时的半导体器件电容值C₆₀＝2.04E-4+(2.33E-7)×35+(1.25E-9)×35²。

执行步骤s5，选取另一种偏置电压，返回步骤s1。上述的例子中所述的是在偏置电压V＝0时的情况下建立电容模型的情况，而在偏置电压为其他值的时候，本领域技术人员也可参照步骤s1至步骤s3的方法建立电容模型，只是需要加入与电压相关的参数，这里就不再赘述了。

下面对于上述方法进一步拓展，半导体器件的电容，通常包括边界电容CP和方块电容CA。对C_j＝C_j0+C₁×ΔT+C₂×ΔT²推导：

C_j＝C_j0+C₁×ΔT+C₂×ΔT²

= C_{j 0} \times (1 + \frac{C_{1}}{C_{j 0}} \times ΔT + \frac{C_{2}}{C_{j 0}} \times {ΔT}^{2})

= C_{j 0} \times (1 + (\frac{C_{1}}{C_{j 0}} + \frac{C_{2}}{C_{j 0}} \times ΔT) \times ΔT)

＝C_j0×(1+CT×ΔT)(1)

则

CT = \frac{C_{1}}{C_{j 0}} + \frac{C_{2}}{C_{j 0}} \times ΔT .

对边界电容CP，令CT＝CJSWA，CP1＝C₁，CP2＝C₂，CJSW＝C_j0，则有CJSWA＝(CP1/CJSW)+(CP2/CJSW)*(T-25)。

对方块电容CA，令CT＝CJA，CA1＝C₁，CA2＝C₂，CJ＝C_j0，则有CJA＝(CA1/CJ)+(CA2/CJ)*(T-25)。

接下来，根据上述的建模方法分别得到边界电容CP对应的CP1、CP2、CJSW，以及方块电容CA对应的CA1、CA2、CJ。然后将上述的各个系数以及表达式添加到电容的模型文件中。参照图2所示，CA1、CA2、CP1、CP2、CJ、CJSW即新增加的电容模型参数，而CJA＝(CA1/CJ)+(CA2/CJ)*(T-25)和CJSWA＝(CP1/CJSW)+(CP2/CJSW)*(T-25)即电容模型表达式(1)中的CT的表达式。当需要应用电容模型进行仿真时，只需采用上述方块电容和边界电容的表达式，将测量温度与室温的温差代入即可。继续参照图3所示，根据上述电容建模方法获得的电容模型仿真后的仿真曲线30与实际测量值10很吻合，符合仿真精度的要求。

综上所述，上述所公开的电容建模方法通过至少选取包括室温在内的三种温度下的电容测量值作为建模数据基础，而非通过单一值简单外推。通过将室温下的电容测量值作为常数项，将其他测量温度下的电容测量值作为函数值来构建一元二次函数，获得一元二次函数的二次项系数、一次项系数，并结合常数项作为电容模型参数，从而所述电容模型参数更真实地反映了电容在不同温度下的变化情况，因而根据所述电容建模方法获得电容模型更精确，符合仿真精度的要求。

并且，上述所公开的电容建模方法还包括分别在高温和低温下，至少选取一个温度值，测量所述半导体器件的电容值，由于所选取的三种温度分别包括高温、室温、低温三种温度情况，因而进一步增加了所建电容模型的精确性。

虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1. 一种电容建模方法，其特征在于，包括：

根据所述测量值获得电容随温度变化的趋势；

2. 如权利要求1所述的电容建模方法，其特征在于，所述测量同一半导体器件在三种温度下的电容值还包括分别在高温和低温下，至少选取一个温度值，测量所述半导体器件的电容值。

3. 如权利要求2所述的电容建模方法，其特征在于，所述室温为25℃。

4. 如权利要求3所述的电容建模方法，其特征在于，所述高温为125℃，低温为-40℃。