CN105653823B

CN105653823B - Mosfet阈值电压波动模型的提取方法及装置

Info

Publication number: CN105653823B
Application number: CN201610067356.6A
Authority: CN
Inventors: 高超; 孔蔚然
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2019-01-04
Anticipated expiration: 2036-01-29
Also published as: CN105653823A

Abstract

一种MOSFET阈值电压波动模型的提取方法及装置，所述方法包括：选取一MOSFET，所选取的MOSFET阈值电压相对设计目标值的偏移量为Vt’；在所选取的MOSFET栅极施加预设的调节电压，其他各电极施加相应的工作电压，提取所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型。应用所述方法及装置可以提高MOSFET阈值电压波动模型的准确性。

Description

MOSFET阈值电压波动模型的提取方法及装置

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，具体涉及一种MOSFET阈值电压波动模型的提取方法及装置。

背景技术

金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET)，是一种可以广泛使用在集成电路中的场效晶体管(field-effecttransistor)。

在集成电路的设计阶段，通常需要对集成电路进行电路仿真。为了进行电路仿真，需要先建立各元器件的模型。也就是说，在电路仿真程序中，各种元器件需要通过相应的数学模型进行描述，即通过计算机可以进行运算的计算公式来表达各种元器件。一个理想的元器件模型，应该既能正确反映元器件的电学特性，又适于在计算机上进行数值求解。其中，根据所反映的电学特性不同，每个元器件可以存在多个模型。

随着元器件尺寸的逐渐缩小，在元器件制造流程中进行精确的工艺控制变得越来越困难，这就导致元器件的成品与所设计的目标存在工艺波动，例如，在制造流程中，栅极长度、栅氧厚度以及阱掺杂量等工艺的不同，会导致各MOSFET成品的阈值电压不尽相同。而元器件的工艺波动可以反映相应的电学特性，因此，在电路仿真中往往需要提取元器件的工艺波动模型。

目前，针对MOSFET阈值电压波动进行模型提取时，通常先通过特定的工艺来调整阱的掺杂量，进而制造出阈值电压发生一定偏移的MOSFET，再利用所制造出的MOSFET进行相应的模型提取。然而，MOSFET阈值电压发生波动，并非仅仅因阱的掺杂多少所导致的，因此，通过调整阱的掺杂量来制造出相应的MOSFET进行模型提取，所提取到的模型的准确性较低，影响电路仿真的结果。

发明内容

本发明解决的技术问题是如何提高MOSFET阈值电压波动模型的准确性。

针对上述技术问题，本发明实施例提供一种MOSFET阈值电压波动模型的提取方法，所述方法包括：

选取一MOSFET，所选取的MOSFET阈值电压相对设计目标值的偏移量为Vt’；在所选取的MOSFET栅极施加预设的调节电压，其他各电极施加相应的工作电压，提取所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型。

可选地，所述在所选取的MOSFET栅极施加预设的调节电压，其他各电极施加相应的工作电压，提取所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型，包括：

当提取所选取的MOSFET阈值电压偏移△V的模型时，所述预设的调节电压为所选取的MOSFET栅极的工作电压与△V的差再与Vt’求和，△V＞0。

当提取所选取的MOSFET阈值电压偏移-△V的模型时，所述预设的调节电压为所选取的MOSFET栅极的工作电压与△V求和再与Vt’求和，△V＞0。

可选地，所述MOSFET的工作电压，与所提取到的阈值电压波动模型实际应用电路情况以及所述MOSFET的制造工艺相关。

本发明实施例还提供了一种MOSFET阈值电压波动模型的提取装置，所述装置包括：

选取单元，适于选取一MOSFET，所选取的MOSFET阈值电压相对设计目标值的偏移量为Vt’；提取单元，适于在所选取的MOSFET栅极施加预设的调节电压，其他各电极施加相应的工作电压，提取所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型。

可选地，所述提取单元包括：第一提取子单元，适于在当提取所选取的MOSFET阈值电压偏移△V的模型时，在所选取的MOSFET栅极施加所述调节电压，且所述调节电压为所选取的MOSFET栅极的工作电压与△V的差再与Vt’求和，△V＞0，提取所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型。

可选地，所述提取单元包括：第二提取子单元，适于当提取所选取的MOSFET阈值电压偏移-△V的模型时，在所选取的MOSFET栅极施加所述调节电压，且所述调节电压为所选取的MOSFET栅极的工作电压与△V求和再与Vt’求和，△V＞0，提取所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

通过选取一偏移量为Vt’的MOSFET成品，进而在所选取的MOSFET栅极施加预设的调节电压，从而可以提取到所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型。相对于改变MOSFET的阱的掺杂量方法来获取阈值电压偏移的MOSFET，仅通过调节栅极电压来模拟阈值电压变化进行模型提取更方便实施。并且，通过调节栅极电压来模拟MOSFET阈值电压变化，可以同时模拟MOSFET中能够引起阈值电压变化的各种工艺因素，而不仅仅通过改变阱的掺杂量来模拟阈值电压的变化，因此，所提取到的模型准确性更高。

附图说明

图1是本发明实施例中一种MOSFET阈值电压波动模型的提取方法流程图；

图2是本发明实施例提取阈值电压波动模型过程中MOSFET所对应的施加电压示意图；

图3是本发明实施例中一种MOSFET阈值电压波动模型的提取装置结构示意图。

具体实施方式

现有技术中，进行MOSFET阈值电压波动模型提取时，通常先通过特定的工艺来调整阱的掺杂多少，进而制造出阈值电压发生一定偏移的MOSFET，再利用所制造出的MOSFET进行相应的模型提取。然而，MOSFET阈值电压发生波动，并非仅仅因阱的掺杂多少所导致的，还可能因MOSFET的栅极长度以及栅氧厚度等其他因素导致的，因此，通过仅通过调整阱的掺杂量来制造出相应的MOSFET进行模型提取，所提取到的模型的准确性较低，影响电路仿真的结果。

针对上述问题，本发明实施例提供了一种MOSFET阈值电压波动模型的提取方法，所述方法通过选取一偏移量为Vt’的MOSFET成品，进而在所选取的MOSFET栅极施加预设的调节电压，以此来提取到所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型。相对于改变MOSFET的阱的掺杂量方法来获取阈值电压偏移的MOSFET，仅通过调节栅极电压来模拟阈值电压变化进行模型提取更方便实施。并且，通过调节栅极电压来模拟MOSFET阈值电压变化，可以同时模拟MOSFET中能够引起阈值电压变化的各种工艺因素，而不仅仅通过改变阱的掺杂量来模拟阈值电压的变化，因此，所提取到的模型准确性更高，电路仿真效果更好。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细地说明。

参照图1，所述方法可以包括如下步骤：

步骤11，选取一MOSFET，所选取的MOSFET阈值电压相对设计目标值的偏移量为Vt’。

在MOSFET设计阶段，通常会设置一阈值电压偏移量的目标值，所设置的目标值即为MOSFET阈值电压偏移量的设计目标值。由于MOSFET工艺流程控制精度的差异，所生产出来的MOSFET成品中，阈值电压相对设计目标值的实际偏移量(简称：阈值电压的实际偏移量)也就存在差异。在本发明的实施例中，所选取出来的MOSFET可以为NMOS管，也可以为PMOS管。并且，所选取出来的MOSFET阈值电压的实际偏移Vt’可以为任意数值，此处不作限制，比如，所选取出来的MOSFET阈值电压的实际偏移Vt’可以为零，也可以为正值，还可以为负值。

步骤12，在所选取的MOSFET栅极施加预设的调节电压，其他各电极施加相应的工作电压，提取所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型。

在具体实施中，参照图2，以所选取的MOSFET为NMOS管为例，MOSFET可以包括：源极S、栅极G、漏极D以及衬底B。在实施本发明实施例中的提取方法时，在所选取的MOSFET源极S施加工作电压VS，漏极D施加工作电压VD，衬底B施加工作电压VB，在栅极G施加预设的调节电压VG。

需要说明的是，在具体实施中，施加在源极S、漏极D以及衬底B的工作电压，通常与所提取到的阈值电压波动模型实际应用的电路情况以及所述MOSFET的制造工艺相关。换句话说，所述工作电压可以根据实际应用所提取到的阈值电压波动模型仿真电路进行设定，并参考所述MOSFET在工艺上可承受的电压。比如，在仿真电路中，施加在MOSFET各电极的工作电压为:源极S及漏极D的电压范围是0～1.5v，衬底B的电压范围是0～-0.5v，提取所述MOSFET阈值电压波动模型，可以在所述MOSFET源极S、漏极D以及衬底B分别施加同样的电压。

在具体实施中，利用所提取到的阈值电压波动模型进行电路仿真时，所述MOSFET的栅极也会施加相应的工作电压V1。应用本发明实施例中的方法在进行模型提取时，施加在MOSFET栅极的调节电压是预先获得的，并且与MOSFET栅极G的工作电压V1相关。通过调节VG的大小，来间接模拟阈值电压的变化，进而获得所要提取的阈值电压波动模型。

在本发明的一实施例中，当提取所选取的MOSFET阈值电压偏移△V的模型时，即得到所选取的MOSFET阈值电压快速工艺波动模型时，所述预设的调节电压VG＝V1-△V+Vt’，△V＞0。

在本发明的另一实施例中，当提取所选取的MOSFET阈值电压偏移-△V的模型时，即得到所选取的MOSFET阈值电压慢速工艺波动模型时，所述预设的调节电压VG＝V1+△V+Vt’。

例如，当V1＝1.5v、△V＝0时，若VG＝1.4v，则可以得到MOSFET阈值电压偏移100mv的波动模型。若VG＝1.6v，则可以得到MOSFET阈值电压偏移-100mv的波动模型。

需要说明的是，在具体实施中，可以采用多种方式在所选取的MOSFET栅极施加预设的调节电压VG，比如，可以在所选取的MOSFET栅极直接施加所述调节电压，也可以先在所选取的MOSFET栅极施加工作电压V1，再施加-△V或+△V的补偿电压。具体施加电压的数量不受限制，只要施加在所选取的MOSFET栅极的电压之和为所述调节电压VG即可。

由上述内容可知，本发明实施例中MOSFET阈值电压波动模型的提取方法，通过选取一偏移量为Vt’的MOSFET成品，进而在所选取的MOSFET栅极施加预设的调节电压，从而可以提取到所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型。由于调节施加在MOSFET栅极的电压相对于改变MOSFET的阱的掺杂量方法来获取阈值电压偏移的MOSFET，仅通过调节栅极电压来模拟阈值电压变化进行模型提取，更方便实施，所提取到的模型准确性更高，电路仿真效果更好。

为了使本领域技术人员更好地理解和实现本发明，以下对上述MOSFET阈值电压波动模型的提取方法所对应的装置进行详细描述。

本发明实施例提供了一种MOSFET阈值电压波动模型的提取装置，参照图3，所述装置可以包括：选取单元31以及提取单元32，其中:

所述选取单元31，适于选取一MOSFET，所选取的MOSFET阈值电压相对设计目标值的偏移量为Vt’；

所述提取单元32，适于在所选取的MOSFET栅极施加预设的调节电压，其他各电极施加相应的工作电压，提取所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型。

通过所述提取单元32在所选取的MOSFET栅极施加预设的调节电压，相对于改变MOSFET的阱的掺杂量方法来获取阈值电压偏移的MOSFET，仅通过调节栅极电压来模拟阈值电压变化进行模型提取，更方便实施，所提取到的模型准确性更高，电路仿真效果更好。

在具体实施中，所述提取单元32包括：第一提取子单元321，适于在当提取所选取的MOSFET阈值电压偏移△V的模型时，在所选取的MOSFET栅极施加所述调节电压，且所述调节电压为所选取的MOSFET栅极的工作电压与△V的差再与Vt’求和，△V＞0，提取所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型。

在具体实施中，所述提取单元32包括：第二提取子单元322，适于当提取所选取的MOSFET阈值电压偏移-△V的模型时，在所选取的MOSFET栅极施加所述调节电压，且所述调节电压为所选取的MOSFET栅极的工作电压与△V求和再与Vt’求和，△V＞0，提取所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型。

在具体实施中，所述MOSFET的工作电压，与所提取到的阈值电压波动模型实际应用电路情况以及所述MOSFET的制造工艺相关。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

虽然本发明披露如上，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MOSFET阈值电压波动模型的提取方法，其特征在于，包括：

选取一MOSFET，所选取的MOSFET阈值电压相对设计目标值的偏移量为Vt’；

在所选取的MOSFET栅极施加预设的调节电压，其他各电极施加相应的工作电压，提取所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型，包括以下至少一种：当提取所选取的MOSFET阈值电压偏移△V的模型时，所述预设的调节电压为所选取的MOSFET栅极的工作电压与△V的差再与Vt’求和，△V＞0；当提取所选取的MOSFET阈值电压偏移-△V的模型时，所述预设的调节电压为所选取的MOSFET栅极的工作电压与△V求和再与Vt’求和，△V＞0。

2.如权利要求1所述的MOSFET阈值电压波动模型的提取方法，其特征在于，所述MOSFET的工作电压，与所提取到的阈值电压波动模型实际应用电路情况以及所述MOSFET的制造工艺相关。

3.一种MOSFET阈值电压波动模型的提取装置，其特征在于，包括：

选取单元，适于选取一MOSFET，所选取的MOSFET阈值电压相对设计目标值的偏移量为Vt’；

提取单元，适于在所选取的MOSFET栅极施加预设的调节电压，其他各电极施加相应的工作电压，提取所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型；所述提取单元包括第一提取子单元及第二提取子单元中的至少一种；其中：

所述第一提取子单元，适于在当提取所选取的MOSFET阈值电压偏移△V的模型时，在所选取的MOSFET栅极施加所述调节电压，且所述调节电压为所选取的MOSFET栅极的工作电压与△V的差再与Vt’求和，△V＞0，提取所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型；

所述第二提取子单元，适于当提取所选取的MOSFET阈值电压偏移-△V的模型时，在所选取的MOSFET栅极施加所述调节电压，且所述调节电压为所选取的MOSFET栅极的工作电压与△V求和再与Vt’求和，△V＞0，提取所选取的MOSFET在所述调节电压下对应的阈值电压波动模型。

4.如权利要求3所述的MOSFET阈值电压波动模型的提取装置，其特征在于，所述MOSFET的工作电压，与所提取到的阈值电压波动模型实际应用电路情况以及所述MOSFET的制造工艺相关。