CN109117528B - 基于bsim4模型的mos器件子电路温度模型及建模方法 - Google Patents

基于bsim4模型的mos器件子电路温度模型及建模方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型及建模方法，包括：步骤1，流片测试得到实测数据；步骤2，选择目标MOS器件和待调准的电学特性参数；步骤3，进行拟合，建立MOS器件的BSIM4直流温度模型；步骤4，在经过拟合的BSIM4直流温度模型基础上，针对目标MOS器件和待调准的电学特性参数涉及的模型参数分别建立子电路温度模型；步骤5，对子电路温度模型分别进行曲线拟合，如果拟合结果与实测数据一致，则进入步骤6，否则调整子电路温度模型的相应参数，并重复该步骤；步骤6，建模结束。本发明在BSIM4模型基础上增加子电路温度模型，使MOS器件的直流温度模型更准确地反映实测数据，克服了原有MOS器件的BSIM4直流温度模型不能同时调准Idlin和Idsat的缺陷。

Description

基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型及建模方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路领域的SPICE建模技术，具体涉及一种基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型及建模方法。
背景技术
SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是一种用于电路描述和仿真的语言与仿真器软件，用于检测电路的连接和功能的完整性，以及用于预测电路的行为。SPICE主要用于模拟电路和混合信号电路的仿真。如果想要SPICE很好地工作，必须提供器件级模型参数，业界通用的SPICE模型有BSIM系列、PSP或经验模型等。SPICE建模工程师依靠器件理论及经验，提取模型参数以供SPICE仿真程序使用。
SPICE建模是连接半导体工艺制造技术与电路设计的桥梁，它为电路设计者提供电路仿真的器件级模型。一个完整的工艺节点的SPICE模型一般包括MOSFET、双极性晶体管BJT以及相关的后端金属互联层电容(MOM电容)、MOSFET的寄生电阻Resistor、MOS变容管(MOS Varactor)、二极管Diode等模型。SPICE模型的目标就是使用BSIM模型将器件的IV曲线以及电学参数随尺寸变化的趋势都拟合准确，提取出正确的BSIM模型参数组。
目前，SPICE建模主要使用BSIM4模型对MOS管的直流特性进行建模。通常，在25度常温下对MOS管直流特性建模，然后还需要对-40℃、-15℃、25℃、85℃、125℃五个温度进行数据测试并进行温度模型的建模，使SPICE模型能够准确反映-40℃到125℃范围内的MOS管电学特性，其中MOS管器件的几个常见电学特性参数定义如表1所示，其中Vds为源漏电压，Vgs为栅源电压，Ids为源漏电流，Vbs为衬底与源之间的电压差，Vdd为工作电压。
表1
饱和电流Idsat 当Vds＝Vdd、Vgs＝Vdd、Vbs＝0v时Ids的值
线性电流Idlin 当Vds＝50mV、Vgs＝Vdd、Vbs＝0v时Ids的值
关断电流Idoff 当Vds＝Vdd、Vgs＝0V、Vbs＝0v时Ids的值
线性阈值电压Vtlin 当Ids＝-40nA*(W/L)、Vds＝-50mV时Vgs的值
饱和阈值电压Vtsat 当Ids＝-40nA*(W/L)、Vds＝Vdd时Vgs的值
BSIM4模型是加州大学伯克利分校的研发人员基于物理方法推导而开发的MOS器件模型，目前这个模型已经成功应用在主流芯片制造厂生产线的28nm及28nm以上的技术节点中。BSIM4能够准确反映MOS器件尺寸由于不断缩小所产生的各种特殊物理效应，而且能够利用BINNING参数对一种MOS管类型的几十甚至上百颗(例如80颗)不同尺寸的器件建立一个统一的模型。
目前，建模过程中经常发现利用BSIM4中的经验公式在进行具体的SPICE温度模型拟合时无法同时对线性电流Idlin和饱和电流Idsat实现准确拟合，这就反映出该模型在实际应用中的局限性，具体参见图1至图4所示，分别为基于BSIM4模型对大尺寸MOS器件(W/L＝9μm/9μm)、短沟道MOS器件(W/L＝9μm/0.36μm)、窄沟道MOS器件(W/L＝0.342μm/9μm)、小尺寸MOS器件(W/L＝0.342μm/0.36μm)中的NMOS IO 2.5V OVERDRIVE 3.3V(即工作电压原为2.5V的用于输入输出(IO)电路的NMOS过载到3.3V的情况)完成BSIM4的MOSFET温度模型建模后，在不同温度下四个电学特性参数(线性阈值电压Vtlin、饱和阈值电压Vtsat、线性电流Idlin、饱和电流Idsat)的模型曲线与实测数据的对比图。大尺寸器件就是器件阵列中栅长最长(沟道长度最大)、宽度最宽(沟道宽度最大)的器件，短沟道器件是指器件阵列中栅长最短(沟道长度最小)、宽度最宽(沟道宽度最小)的器件，窄沟道器件是指器件阵列中宽度最窄(沟道宽度最小)、栅长最长(沟道长度最大)的器件，小尺寸器件是指器件阵列中栅长和宽度都最小的器件，这四种类型的器件被称为角器件(即器件阵列中处于四个角的器件)，如图16和图17所示的器件阵列图，其中横坐标为器件栅长L(μm)，纵坐标为器件宽度W(μm)，图16所示的器件阵列图中四个角器件尺寸分别是W/L＝9μm/9μm，W/L＝9μm/0.36μm，W/L＝0.342μm/9μm，W/L＝0.342μm/0.36μm，图17所示的器件阵列图中四个角器件尺寸分别是W/L＝9μm/9μm，W/L＝9μm/0.054μm，W/L＝0.108μm/9μm，W/L＝0.108μm/0.054μm。
在图1至图4所示的完成BSIM4的MOSFET温度模型建模后，在不同温度下四个电学特性参数(线性阈值电压Vtlin、饱和阈值电压Vtsat、线性电流Idlin、饱和电流Idsat)的模型曲线与实测数据的对比图中，实线为BSIM4的模型曲线，实心点为实测数据，并且图中数据的分布顺序是按照箭头方向Vbs(MOS管中衬底与源之间的电压差)逐渐变小时的参数变化曲线。以图1为例进行说明，每个电学特性参数的变化曲线图中都包括五条曲线和五组实测数据，这五条曲线和五组实测数据分别对应不同的Vbs，其中线性阈值电压Vtlin和饱和阈值电压Vtsat的曲线图中五条曲线和五组实测数据自下而上分别对应Vbs＝0.00V、Vbs＝-0.625V、Vbs＝-1.25V、Vbs＝-1.875V、Vbs＝-2.50V，而线性电流Idlin和饱和电流Idsat的曲线图中五条曲线和五组实测数据自上而下分别对应Vbs＝0.00V、Vbs＝-0.625V、Vbs＝-1.25V、Vbs＝-1.875V、Vbs＝-2.50V。
对图1至图4进行观察可发现，利用现有的BSIM4模型能够较好地拟合线性阈值电压Vtlin和饱和阈值电压Vtsat，但是对线性电流Idlin和饱和电流Idsat的拟合却存在一定的偏差，由于饱和电流Idsat对电路的设计很重要，故BSIM4温度模型在难以两全的情况下一般优先满足Idsat的精度，线性电流Idlin在拟合实践中的偏差会比饱和电流Idsat更大。
例如，图1所示的大尺寸MOS器件(W/L＝9um/9um)的电学特性参数中，线性电流Idlin在-40℃时模型曲线高于实测数据而在125℃时模型曲线低于实测数据，饱和电流Idsat在125℃时模型曲线比实测数据高一点；图2所示的短沟道MOS器件(W/L＝9um/0.36um)的电学特性参数中，线性电流Idlin和饱和电流Idsat在-40℃和125℃时模型曲线都比实测数据高,图3和图4也有类似情况。
在具体建模过程中，发现上述情况多次出现，这证明基于BSIM4的MOS器件温度模型有其局限性，而目前最小栅长大于28nm的技术节点(包括28nm)都是使用BSIM4默认的温度模型(对于本领域技术人员来说，可以在BSIM4 MOSFET模型用户手册中找到BSIM4温度模型的具体公式，故在此省略)，没有更加准确的温度模型或者温度模型的子电路模型。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型，可以解决现有的MOS器件的BSIM4直流温度模型不能同时调准线性电流和饱和电流的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型的建模方法，包括如下步骤：
步骤1，流片测试得到建模的实测数据；
步骤2，选择目标MOS器件和待调准的电学特性参数；
步骤3，进行拟合，建立MOS器件的BSIM4直流温度模型；
步骤4，在经过拟合的BSIM4直流温度模型基础上，针对目标MOS器件和待调准的电学特性参数所涉及的模型参数分别建立子电路温度模型；
步骤5，利用子电路温度模型对目标MOS器件分别进行曲线拟合，如果拟合结果与器件的实测数据一致，则进入步骤6，否则调整子电路温度模型的相应参数，并重复该步骤；
步骤6，建模结束，得到最终的子电路温度模型。
进一步的，在步骤2中，选择目标MOS器件包括以下两种情况：
(1)以大尺寸器件、短沟道器件、小尺寸器件为目标MOS器件；
(2)以大尺寸器件、短沟道器件、窄沟道器件、小尺寸器件为目标MOS器件。
进一步的，在步骤2中，选择的待调准的电学特性参数包括以下两种情况：
(1)以线性电流Idlin和饱和电流Idsat为待调准目标；
(2)以设定线性电流Idlin、饱和电流Idsat和线性阈值电压Vtlin为待调准目标。
其中，以大尺寸器件、短沟道器件、小尺寸器件为目标MOS器件，且以线性电流Idlin和饱和电流Idsat或以线性电流Idlin、饱和电流Idsat和线性阈值电压Vtlin为待调准目标时，子电路温度模型公式都如下：
t_u0＝tc1*(temper-25)*(temper-25)+tc2*(temper-25)
t_vsat＝tc3*(temper-25)*(temper-25)+tc4*(temper-25)
t_ags＝tc5*(temper-25)*(temper-25)+tc6*(temper-25)
t_lvsat＝tc7*(temper-25)*(temper-25)+tc8*(temper-25)
t_lu0＝tc9*(temper-25)*(temper-25)+tc10*(temper-25)
t_pu0＝tc11*(temper-25)*(temper-25)+tc12*(temper-25)
t_pvsat＝tc13*(temper-25)*(temper-25)+tc14*(temper-25)
t_pags＝tc19*(temper-25)*(temper-25)+tc20*(temper-25)
以大尺寸器件、短沟道器件、窄沟道器件、小尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat或以线性电流Idlin、饱和电流Idsat和线性阈值电压Vtlin为待调准目标时，需要增加的子电路温度模型公式都如下：
t_wu0＝tc15*(temper-25)*(temper-25)+tc16*(temper-25)
t_wags＝tc17*(temper-25)*(temper-25)+tc18*(temper-25)
t_wvsat＝tc21*(temper-25)*(temper-25)+tc22*(temper-25)
其中，u0为常温低场迁移率，ags为常温下体电荷效应的栅压系数，vsat为常温饱和载流子速度，lvsat为常温饱和载流子速度的栅长因子，lu0为常温低场迁移率的栅长因子，栅长因子lvsat和lu0是针对沟道长度短的短沟道器件的参数，pu0为常温低场迁移率的交叉因子，pvsat为常温饱和载流子速度的交叉因子，pags是常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子，交叉因子pu0、pvsat和pags是针对沟道长度和宽度都小的小尺寸器件的参数，wu0为常温低场迁移率的沟道宽度因子，wags为常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子，wvsat是常温饱和载流子速度的沟道宽度因子，沟道宽度因子wu0、wvsat和wags是针对沟道长度和宽度都小的小尺寸器件的参数，tc1至tc22为拟合参数；temper为Hspice器件和电路仿真软件默认的温度参数，temper的数值为数据文件中或者Hspice仿真网表中设定的温度值。
进一步的，以线性电流Idlin和饱和电流Idsat为待调准目标时，在步骤5中，对大尺寸器件、短沟道器件、小尺寸器件的子电路温度模型进行调整的步骤如下：第一步，利用常温低场迁移率u0的子电路温度模型参数和/或常温下体电荷效应的栅压系数ags的子电路温度模型参数对大尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；第二步，利用常温低场迁移率的栅长因子lu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度vsat的子电路温度模型参数对短沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；第三步，利用常温低场迁移率的交叉因子pu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat的子电路温度模型参数或常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子pags的子电路温度模型参数对小尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准。
进一步的，以线性电流Idlin、饱和电流Idsat和线性阈值电压Vtlin为待调准目标时，在步骤5中，对大尺寸器件、短沟道器件、小尺寸器件的子电路温度模型进行调整的步骤如下：第一步，利用常温低场迁移率u0的子电路温度模型参数和/或常温下体电荷效应的栅压系数ags的子电路温度模型参数对大尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；第二步，利用BSIM4模型的阈值电压的温度系数kt1对大尺寸器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；第三步，利用常温低场迁移率的栅长因子lu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度vsat的子电路温度模型参数对短沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；第四步，利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的栅长因子lkt1对短沟道器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；第五步，利用常温低场迁移率的交叉因子pu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat的子电路温度模型参数或常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子pags的子电路温度模型参数对小尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；第六步，利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的交叉因子pkt1对小尺寸器件的线性阈值电压Vtlin进行修正。
进一步的，以线性电流Idlin和饱和电流Idsat为待调准目标时，在步骤5中，对大尺寸器件、短沟道器件、窄沟道器件、小尺寸器件的子电路温度模型进行调整的步骤如下：第一步，利用常温低场迁移率u0的子电路温度模型参数和/或常温下体电荷效应的栅压系数ags的子电路温度模型参数对大尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；第二步，利用常温低场迁移率的栅长因子lu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度vsat的子电路温度模型参数对短沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；第三步，利用常温低场迁移率的沟道宽度因子wu0的子电路温度模型参数和/或常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子wags的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度的沟道宽度因子wvsat的子电路温度模型参数对窄沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；第四步，利用常温低场迁移率的交叉因子pu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat的子电路温度模型参数或常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子pags的子电路温度模型参数对小尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准。
进一步的，以线性电流Idlin、饱和电流Idsat和线性阈值电压Vtlin为待调准目标时，在步骤5中，对大尺寸器件、短沟道器件、窄沟道器件、小尺寸器件的子电路温度模型进行调整的步骤如下：第一步，利用常温低场迁移率u0的子电路温度模型参数和/或常温下体电荷效应的栅压系数ags的子电路温度模型参数对大尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；第二步，利用BSIM4模型的阈值电压温度系数kt1对大尺寸器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；第三步，利用常温低场迁移率的栅长因子lu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度vsat的子电路温度模型参数对短沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；第四步，利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的栅长因子lkt1对短沟道器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；第五步，利用常温低场迁移率的沟道宽度因子wu0的子电路温度模型参数和/或常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子wags的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度的沟道宽度因子wvsat的子电路温度模型参数对窄沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；第六步，利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的沟道宽度因子wkt1对窄沟道器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；第七步，利用常温低场迁移率的交叉因子pu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat的子电路温度模型参数或常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子pags的子电路温度模型参数对小尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；第八步，利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的交叉因子pkt1对小尺寸器件的线性阈值电压Vtlin进行修正。
本发明在现有的BSIM4模型基础上针对关键参数增加子电路温度模型，从而可以使MOS器件的直流特性温度模型更准确地反映实测数据，克服了现有MOS器件的BSIM4直流温度模型不能同时调准线性电流Idlin和饱和电流Idsat的缺陷。
附图说明
图1为对大尺寸器件NMOS IO 2.5V OVERDRIVE 3.3V完成BSIM4的MOSFET温度模型建模后，在不同温度下四个电学特性参数的模型曲线与实测数据的对比图，其中大尺寸器件W/L＝9μm/9μm；
图2为对短沟道器件NMOS IO 2.5V OVERDRIVE 3.3V完成BSIM4的MOSFET温度模型建模后，在不同温度下四个电学特性参数的模型曲线与实测数据的对比图，其中短沟道器件W/L＝9μm/0.36μm；
图3为对窄沟道器件NMOS IO 2.5V OVERDRIVE 3.3V完成BSIM4的MOSFET温度模型建模后，在不同温度下四个电学特性参数的模型曲线与实测数据的对比图，其中窄沟道器件W/L＝0.342μm/9μm；
图4为对小尺寸器件NMOS IO 2.5V OVERDRIVE 3.3V完成BSIM4的MOSFET温度模型建模后，在不同温度下四个电学特性参数的模型曲线与实测数据的对比图，其中小尺寸器件W/L＝0.342μm/0.36μm；
图5为对大尺寸器件NMOS IO 2.5V OVERDRIVE 3.3V完成BSIM4的MOSFET子电路温度模型建模后，在不同温度下四个电学特性参数的模型曲线与实测数据的对比图，其中大尺寸器件W/L＝9μm/9μm；
图6为对短沟道器件NMOS IO 2.5V OVERDRIVE 3.3V完成BSIM4的MOSFET子电路温度模型建模后，在不同温度下四个电学特性参数的模型曲线与实测数据的对比图，其中短沟道器件W/L＝9μm/0.36μm；
图7为对窄沟道器件NMOS IO 2.5V OVERDRIVE 3.3V完成BSIM4的MOSFET子电路温度模型建模后，在不同温度下四个电学特性参数的模型曲线与实测数据的对比图，其中窄沟道器件W/L＝0.342μm/9μm；
图8为对小尺寸器件NMOS IO 2.5V OVERDRIVE 3.3V完成BSIM4的MOSFET子电路温度模型建模后，在不同温度下四个电学特性参数的模型曲线与实测数据的对比图，其中小尺寸器件W/L＝0.342μm/0.36μm；
图9a、图9b为大尺寸器件W＝9μm/L＝9μm的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型中单独调整u0的参数tc1的效果图，其中实线为调整前的模型曲线，虚线为调大参数tc1后的模型曲线；
图10a、图10b为大尺寸器件W＝9μm/L＝9μm的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型中单独调整u0的参数tc1的效果图，其中实线为调整前的模型曲线，虚线为调小参数tc1后的模型曲线；
图11a、图11b为大尺寸器件W＝9μm/L＝9μm的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型中单独调整u0的参数tc2的效果图，其中实线为调整前的模型曲线，虚线为调整参数tc2后的模型曲线；
图12a、图12b为大尺寸器件W＝9μm/L＝9μm的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型中单独调整ags的参数tc5的效果图，其中实线为调整前的模型曲线，虚线为调整参数tc5后的模型曲线；
图13a、图13b为大尺寸器件W＝9μm/L＝9μm的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型中单独调整u0的参数tc6的效果图，其中实线为调整前的模型曲线，虚线为调整参数tc6后的模型曲线；
图14a、图14b为短沟道器件W＝9μm/L＝0.36μm的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型中单独调整lu0的参数tc9的效果图，其中实线为调整前的模型曲线，虚线为调整参数tc9后的模型曲线；
图15a、图15b为短沟道器件W＝9μm/L＝0.36μm的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型中单独调整lu0的参数tc10的效果图，其中实线为调整前的模型曲线，虚线为调整参数tc10后的模型曲线；
图16为本发明的一个器件阵列图，其中横坐标是器件栅长L(μm)，纵坐标是器件宽度W(μm)，四个角器件尺寸分别是W/L＝9/9μm，W/L＝9/0.36μm，W/L＝0.342/9μm，W/L＝0.342/0.36μm；
图17为本发明的另一个器件阵列图，其中横坐标是器件栅长L(μm)，纵坐标是器件宽度W(μm)，四个角器件尺寸分别是W/L＝9/9μm，W/L＝9/0.054μm，W/L＝0.108/9μm，W/L＝0.108/0.054μm；
图18为本发明基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型的建模方法的步骤流程图；
图19为本发明第二实施例的MOS器件的子电路温度模型的实现框架。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可以根据说明书所记载的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。
本发明的基于BSIM4模型的子电路温度模型的建模方法，如图18所示，包括如下步骤：
步骤1，流片测试得到建模的实测数据；
步骤2，选择目标MOS器件和待调准的电学特性参数；
步骤3，进行拟合，建立MOS器件的BSIM4直流温度模型；
步骤4，在经过拟合的BSIM4直流温度模型的基础上，针对目标MOS器件和待调准的电学特性参数所涉及的模型参数分别建立子电路温度模型，如图19所示；
步骤5，利用子电路温度模型对目标MOS器件分别进行曲线拟合，如果拟合结果与器件的实测数据一致，则进入步骤6，否则调整子电路温度模型的相应参数，并重复该步骤；
步骤6，建模结束，得到最终的子电路温度模型。
其中，在本发明的具体实施例中，步骤2中选择目标MOS器件的尺寸，有两种情况：
1、选取Wmax/Lmax、Wmax/Lmin、Wmin/Lmax、Wmin/Lmin这四个尺寸的器件作为参照系，如果能够将大尺寸器件(器件阵列中栅长最长，宽度最宽的器件Wmax/Lmax)、短沟道器件(器件阵列中栅长最短，宽度最宽的器件Wmax/Lmin)、窄沟道器件(器件阵列中宽度最窄，栅长最长的器件Wmin/Lmax)、小尺寸器件(器件阵列中栅长和宽度都是最小的器件Wmin/Lmin)这四个角器件(器件阵列中处于四个角的器件)的温度模型调准，那么中间尺寸的器件就能够被所调的温度模型覆盖到；
2、选取大尺寸器件Wmax/Lmax、短沟道器件Wmax/Lmin、小尺寸器件Wmin/Lmin这三个尺寸的器件作为参照系，通常情况下，由于大尺寸器件和短沟道器件的模型调准后，窄沟道器件的模型不需调整就可以满足拟合要求(除非发现大尺寸器件和短沟道器件的模型调准后窄沟道器件仍然不准，那就适用上述第一种情况)，因此如果能够将这三个角器件的温度模型调准，那么中间尺寸的器件就能够被所调的温度模型覆盖到。
其中，在本发明的具体实施例中，步骤2中待调准的电学特性参数有以下两种情况：
1、线性电流Idlin和饱和电流Idsat为待调准目标；
2、设定线性电流Idlin、饱和电流Idsat、线性阈值电压Vtlint为待调准目标。
正如背景技术中提到的，图1所示的大尺寸MOS器件(W/L＝9μm/9μm)的电学特性参数中，线性电流Idlin在-40℃时BSIM4模型曲线高于实测数据，而在125℃时BSIM4模型曲线低于实测数据，饱和电流Idsat在125℃时BSIM4模型曲线比实测数据高一点，因此为了使线性电流Idlin和饱和电流Idsat的模型曲线与实测数据最佳拟合，对子电路温度模型的要求是：1)能够同时调准线性电流Idlin的低温和高温，使模型曲线逆时针转动；2)能够将饱和电流Idsat在125℃的模型调低。图2所示的短沟道MOS器件(W/L＝9μm/0.36μm)的电学特性参数中，线性电流Idlin和饱和电流Idsat在-40℃和125℃时模型曲线都比实测数据高,因此需要子电路温度模型能够使线性电流Idlin和饱和电流Idsat的温度模型曲线同时在-40℃和125℃调低。图3和图4也有类似情况。
鉴于BSIM4直流温度模型的上述拟合偏差，我们希望子电路温度模型一方面能够使电流的温度模型曲线顺时针或者逆时针转动(其本质是电流模型中高温模型和低温模型一个调高一个调低)，另一方面还能够同时调高或同时调低电流的高温模型和低温模型。而满足上述要求的子电路温度模型的候选方程就是抛物线方程。抛物线方程如果二次项系数不为0，则可以同时调高或同时调低高低温模型，如果二次项系数为0，一次项系数不为0则变成一个一次方程，一次方程是单调的，可以把高低温模型一个调高，另一个调低。
如本领域技术人员所知的，BSIM4模型中有专门调整Wmax/Lmax以及Wmin或Lmin这些器件的参数，称为BINNING参数。在本发明中，正是利用BINNING参数去调Wmax/Lmax、Wmax/Lmin、Wmin/Lmax、Wmin/Lmin这些尺寸的器件的温度模型。
在本发明中，基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型主要针对BSIM4模型的BINNING参数的几个关键参数增加了子电路温度模型，主要包括u0、ags、vsat、lvsat、lu0、pu0、pvsat、pags、wu0、wags、wvsat，其中：
u0是常温低场迁移率，它是专门调整大尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat的参数，常温低场迁移率u0变化时，线性电流Idlin和饱和电流Idsat都会发生变化，但线性电流Idlin的变化幅度会比饱和电流Idsat更大一些；ags是常温下体电荷效应的栅压系数，它是专门调整大尺寸器件的饱和电流Idsat的参数；
vsat是常温饱和载流子速度，lvsat是vsat的栅长依赖效应参数(又称为常温饱和载流子速度的栅长因子)，二者是专门调整短沟道器件的饱和电流Idsat的参数；lu0是u0的栅长依赖效应参数(又称为常温低场迁移率的栅长因子)，它是专门调整短沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat的参数，u0的栅长依赖效应参数lu0变化时，线性电流Idlin和饱和电流Idsat都会发生变化，但线性电流Idlin的变化幅度会比饱和电流Idsat更大一些；因此，栅长因子lvsat和lu0是针对沟道长度短的短沟道器件的参数；
pu0是u0的小尺寸依赖效应参数(又称为常温低场迁移率的交叉因子)，它是专门调整小尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat的参数，u0的小尺寸依赖效应参数pu0变化时线性电流Idlin和饱和电流Idsat都会发生变化，但线性电流Idlin的变化幅度会比饱和电流Idsat更大一些；pvsat是vsat的小尺寸依赖效应参数(又称为常温饱和载流子速度的交叉因子)，pags是常温下体电荷效应的栅压系数的小尺寸依赖效应参数(又称常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子)，二者是专门调整小尺寸器件的饱和电流Idsat的参数；因此，交叉因子pu0、pvsat和pags是针对沟道长度短且宽度窄的小尺寸器件的参数，其中交叉因子指的是沟道长度和沟道宽度都起作用，交叉在一起；
wu0是u0的沟道宽度依赖效应参数(又称为常温低场迁移率的沟道宽度因子)，它是专门调整窄沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat的参数，u0的沟道宽度依赖效应参数wu0变化时线性电流Idlin和饱和电流Idsat都会发生变化，但线性电流Idlin的变化幅度会比饱和电流Idsat更大一些；wags是ags的沟道宽度依赖效应参数(又称为常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子)，wvsat是vsat的沟道宽度依赖效应参数(又称为常温饱和载流子速度的沟道宽度因子)，二者是专门调整窄沟道器件的饱和电流Idsat的参数，因此，沟道宽度因子wu0、wags和wvsat是针对沟道宽度窄的窄沟道器件的参数。
本发明针对BSIM4模型中的常温低场迁移率u0、常温下体电荷效应的栅压系数ags、常温饱和载流子速度vsat、常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat、常温低场迁移率的栅长因子lu0、常温低场迁移率的交叉因子pu0、常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat、常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子pags、常温低场迁移率的沟道宽度因子wu0、常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子wags、常温饱和载流子速度的沟道宽度因子wvsat增加子电路模型，公式如下：
t_u0＝tc1*(temper-25)*(temper-25)+tc2*(temper-25)
t_vsat＝tc3*(temper-25)*(temper-25)+tc4*(temper-25)
t_ags＝tc5*(temper-25)*(temper-25)+tc6*(temper-25)
t_lvsat＝tc7*(temper-25)*(temper-25)+tc8*(temper-25)
t_lu0＝tc9*(temper-25)*(temper-25)+tc10*(temper-25)
t_pu0＝tc11*(temper-25)*(temper-25)+tc12*(temper-25)
t_pvsat＝tc13*(temper-25)*(temper-25)+tc14*(temper-25)
t_wu0＝tc15*(temper-25)*(temper-25)+tc16*(temper-25)
t_wags＝tc17*(temper-25)*(temper-25)+tc18*(temper-25)
t_pags＝tc19*(temper-25)*(temper-25)+tc20*(temper-25)
t_wvsat＝tc21*(temper-25)*(temper-25)+tc22*(temper-25)
其中，tc1至tc22为拟合参数；temper为Hspice器件和电路仿真软件默认的温度参数，temper的数值为数据文件中或者Hspice仿真网表中设定的温度值。
上述参数在BSIM4直流温度模型基础上增加子电路温度模型后的MOS器件温度模型公式具体为：
u0＝a+t_u0
ags＝b+t_ags
vsat＝c+t_vsat
lvsat＝d+t_lvsat
lu0＝e+t_lu0
pu0＝f+t_pu0
pvsat＝g+t_pvsat
wu0＝h+t_wu0
wags＝j+t_wags
pags＝k+t_pags
wvsat＝l+t_wvsat
其中，a、b、c、d、e、f、g、h、j、k、l为常温25℃情况下MOS器件的BSIM4温度模型中相对应的参数值，这些参数值由工艺决定，即不同的工艺流程生产的MOS器件的BSIM4温度模型的参数取值不同，同一种工艺生产的不同尺寸MOS器件的BSIM4温度模型的参数取值相同。MOS器件的阵列标识同一种工艺下器件的不同尺寸。
在上述参数中，常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子pags与常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat效果一样，一般用常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat；常温饱和载流子速度的沟道宽度因子wvsat和常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子wags效果一样，一般用常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子wags。在后续实施例中，以常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat和常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子wags为例进行说明，本领域技术人员可以根据pvsat和wags这两个参数轻而易举地得到pags和wvsat的模型。
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
第一实施例
在本实施例的建模实例中，选取器件阵列中的大尺寸MOS器件(W/L＝9μm/9μm)、短沟道MOS器件(W/L＝9μm/0.36μm)、小尺寸MOS器件(W/L＝0.342μm/0.36μm)这三个尺寸的器件作为目标MOS器件，同时以线性电流Idlin和饱和电流Idsat作为待调准的电学特性参数。
在BSIM4直流温度模型的基础上，根据选择的目标MOS器件尺寸以及待调准的线性电流Idlin和饱和电流Idsat，确定本实施例中需要建立子电路温度模型的参数，即常温低场迁移率u0、常温下体电荷效应的栅压系数ags、常温饱和载流子速度vsat、常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat、常温低场迁移率的栅长因子lu0、常温低场迁移率的交叉因子pu0、常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat，增加了子电路温度模型的BSIM4模型公式具体如下：
u0＝ 0.03569+ tc1*(temper-25)*(temper-25) +tc2*(temper-25) (1)
vsat＝ 127220+ tc3*(temper-25)*(temper-25)+tc4*(temper-25) (2)
ags＝ 0.4775+ tc5*(temper-25)*(temper-25)+tc6*(temper-25) (3)
lvsat＝ -0.0012732+ tc7*(temper-25)*(temper-25)+tc8*(temper-25) (4)
lu0＝ 1.3845e-008+ tc9*(temper-25)*(temper-25)+tc10*(temper-25) (5)
pu0＝ -2.194e-015+ tc11*(temper-25)*(temper-25)+tc12*(temper-25) (6)
pvsat＝ 2.603e-010+ tc13*(temper-25)*(temper-25)+tc14*(temper-25) (7)
在上述子电路温度模型中，tc1至tc14是拟合参数，通过调整这些参数从而使利用SPICE技术建立的最终温度模型与实测数据实现最佳拟合。针对本实施例的建模实例，上述子电路温度模型的拟合参数tc1至tc14的最终值(经过一系列调整过程最终模型曲线与实测数据一致或最接近时的参数值)如下：
+tc1＝-1e-007
+tc2＝0
+tc3＝0
+tc4＝-100
+tc5＝2e-006
+tc6＝-0.0013
+tc7＝0
+tc8＝3e-005
+tc9＝-1e-013
+tc10＝-9e-012
+tc11＝1e-020
+tc12＝0
+tc13＝1e-013
+tc14＝0
上述拟合参数在调整过程开始时，初始值是根据原有BSIM4直流温度模型参数值的数量级确定。具体地说，保证u0子电路温度模型值是其原有BSIM4直流温度模型参数值的1/10，以此试探这样量级的子电路温度模型值对温度模型会造成多大影响，再根据曲线变化的情况来调至一个合适值作为最终的值。例如，u0这里是0.03569，温度差的数量级是10～102(100及以下)，温度的平方大概是104，所以tc1大约需要为10-7数量级的值才能让子电路温度模型值为原BSIM4温度模型参数值的1/10。当然，为了简化上述过程，实际调整模型时也可以默认赋值均为10-12，然后根据曲线变化情况调大数量级或调小数量级，直到曲线变化幅度适中即可。
在本实施例中，对上述子电路温度模型的一次项系数进行调整可以使电流的高低温模型进行转动，对子电路温度模型的二次项系数进行调整可以使电流的高低温模型同时升高或降低。
图9a、图9b、图10a、图10b所示为单独调整常温低场迁移率u0的子电路温度模型中的二次项系数(即参数tc1)的效果图，其中实线为基于本实施例MOS器件与实测数据符合的子电路温度模型曲线(即tc1采用最终值的子电路温度模型)，虚线为在实线代表的子电路温度模型基础上调整参数tc1后的子电路温度模型曲线。由图9a、图9b和图10a、图10b可知，调整参数tc1可以使9μm/9μm大尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat的高低温模型都同时升高或同时降低。由于常温低场迁移率u0对线性电流Idlin的影响比对饱和电流Idsat的影响更大，故线性电流Idlin的变化幅度要比饱和电流Idsat的变化幅度大一些。参数tc1属于二次项系数，因此能够同时调高或调低高低温模型。不同的是，图10a、图10b中参数tc1的值的正负变化方向与图9a、图9b中参数tc1的值的正负变化方向相反，故高低温模型的变化方向也相反，图9a中线性电流Idlin和图9b中饱和电流Idsat的高温和低温同时升高，而图10a中线性电流Idlin和图10b饱和电流Idsat的高温和低温同时降低。
图11a、图11b所示为单独调整常温低场迁u0的子电路温度模型的一次项系数(即参数tc2)的效果图，其中实线为基于本实施例MOS器件与实测数据符合的子电路温度模型曲线(即tc2采用最终值的子电路温度模型)，虚线为在实线代表的子电路温度模型基础上调整参数tc2后的子电路温度模型曲线。由图11a、图11b可知，调整参数tc2可以使9μm/9μm大尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat的高低温模型同时发生转动，这是由于参数tc2属于一次项系数，故能使电流的高低温模型一个变大一个变小，即发生转动。
图12a、图12b所示为单独调整常温下体电荷效应的栅压系数ags的子电路温度模型的二次项系数(即参数tc5)的效果图，其中实线为基于本实施例MOS器件与实测数据符合的子电路温度模型曲线(即tc5采用最终值的子电路温度模型)，虚线为在实线代表的子电路温度模型基础上调整参数tc5后的子电路温度模型曲线。由图12a、图12b可知，调整参数tc5能够单独使饱和电流Idsat发生变化，而线性电流Idlin不受影响。由于参数tc5属于二次项系数，故它可以同时调高或调低饱和电流Idsat的高低温模型。
图13a、图13b所示为单独调整常温下体电荷效应的栅压系数ags的子电路温度模型的一次项系数(即参数tc6)的效果图，其中实线为基于本实施例MOS器件与实测数据符合的子电路温度模型曲线(即tc6采用最终值的子电路温度模型)，虚线为在实线代表的子电路温度模型基础上调整参数tc6后的子电路温度模型曲线。由图13a、图13b可知，调整参数tc6能够单独使饱和电流Idsat发生变化，而线性电流Idlin不受影响。由于参数tc6属于一次项系数，故它可以使饱和电流Idsat的温度模型发生顺时针转动或逆时针转动。
图14a、图14b所示为单独调整常温低场迁移率的栅长因子lu0的子电路温度模型的二次项系数(即参数tc9)的效果图，其中实线为基于本实施例MOS器件与实测数据符合的子电路温度模型曲线(即tc9采用最终值的子电路温度模型)，虚线为在实线代表的子电路温度模型基础上调整参数tc9后的子电路温度模型曲线。由图14a、图14b可知，参数tc9属于二次项系数，调整它可以使9μm/0.36μm短沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat的高低温模型都同时升高或同时降低。由于常温低场迁移率的栅长因子lu0对线性电流Idlin的影响比对饱和电流Idsat的影响更大，所以调整参数tc9可以令线性电流Idlin的变化幅度大于饱和电流Idsat的变化幅度。
图15a、图15b所示为单独调整常温低场迁移率的栅长因子lu0的子电路温度模型的一次项系数(即参数tc10)的效果图，其中实线为基于本实施例MOS器件与实测数据符合的子电路温度模型曲线(即tc10采用最终值的子电路温度模型)，虚线为在实线代表的子电路温度模型基础上调整参数tc10后的子电路温度模型曲线。由图15a、图15b可知，参数tc10属于一次项系数，调整它可以使9μm/0.36μm短沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat的高低温模型发生转动，同样地，线性电流Idlin的变化幅度比饱和电流Idsat的变化幅度大。
从9μm/9μm大尺寸器件的调整效果(图12b和图13b所示)来看，如果调整9μm/0.36μm短沟道器件影响饱和电流Idsat的参数，即常温饱和载流子速度vsat和常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的子电路温度模型的参数(在本实施例中，常温饱和载流子速度vsat的二次项系数tc3和一次项系数tc4、常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的二次项系数tc7和一次项系数tc8)，将会单独使饱和电流Idsat的高低温模型发生变化，具体变化形式取决于被调整的子电路温度模型参数是一次项系数还是二次项系数，如果是一次项系数(即参数tc4或参数tc8)将使饱和电流Idsat的温度模型发生转动，如果是二次项系数(即参数tc3或参数tc7)将使饱和电流Idsat的高低温模型同时升高或同时降低。
参照上述参数调整后的效果，利用这些参数调整方法对图1至图4所示角器件的电学特性参数偏差进行调整，具体如下：
图1所示的9μm/9μm大尺寸器件中，线性电流Idlin在-40℃的BSIM4模型参数高于实测数据，而在125℃的BSIM4模型曲线低于实测数据，饱和电流Idsat在125℃的BSIM4模型曲线稍微高于实测数据，因此可以利用常温低场迁移率u0的参数tc2使线性电流Idlin的子电路温度模型逆时针转动，对实测数据进行拟合，与此同时饱和电流Idsat的子电路温度模型也会发生逆时针转动，造成125℃的模型曲线比实测数据更高，-40℃的模型曲线比实测数据会更低，这时再利用常温下体电荷效应的栅压系数ags的参数tc5和参数tc6单独拟合饱和电流Idsat的温度模型，这样就能够使9μm/9μm大尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat的温度模型都能拟合准确，图5所示的大尺寸器件的子电路温度模型比BSIM4模型的结果(图1)更准确。
图2所示的9μm/0.36μm短沟道器件中，线性电流Idlin在-40℃和125℃的BSIM4模型曲线都高于实测数据，因此可以利用常温低场迁移率的栅长因子lu0的参数tc9将-40℃和125℃的模型同时调低，与此同时饱和电流Idsat的高低温模型也会降低，再利用常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的参数tc7和参数tc8将饱和电流Idsat单独调准，这样就能使9μm/0.36μm短沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat的温度模型同时拟合准确，图6所示的短沟道器件的子电路温度模型比BSIM4模型的结果(图2)更准确。
对于图1至图4所示的器件阵列，利用常温低场迁移率u0、常温下体电荷效应的栅压系数ags调准9μm/9μm大尺寸器件的温度模型后，利用常温低场迁移率的栅长因子lu0、常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat调准9μm/0.36μm短沟道器件的温度模型。通常情况下9μm/9μm大尺寸器件和9μm/0.36μm短沟道器件的模型调准之后0.342μm/9μm窄沟道器件的温度模型不需调整已经拟合比较准确了。再利用常温低场迁移率的交叉因子pu0和常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat对0.342μm/0.36μm小尺寸器件的温度模型进行调整，参数调整方法与9/9μm大尺寸器件和9/0.36μm短沟道器件类似，即利用常温低场迁移率的交叉因子pu0的参数tc11、参数tc12和常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat的参数tc13、参数tc14将0.342/0.36μm器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat同时调准。
以上是一个具体的实施例，在建模实践中，9μm/9μm、9μm/0.36μm、0.342μm/9μm以及0.342μm/0.36μm这四种尺寸的器件可以被类型一样但具体尺寸不一样的器件代替。这四种尺寸实际上分别代表了大尺寸器件、短沟道器件、窄沟道器件和小尺寸器件四种角器件，如图16所示。比如在另一个建模实例中，如图17所示，角器件的尺寸分别为9μm/9μm、9μm/0.054μm、0.108μm/9μm、0.108/0.054μm。本实施例的子电路温度模型可以应用在关键尺寸28nm及关键尺寸大于28nm的所有技术节点，不同器件类型都可以应用，比如IO器件、CORE器件都可以使用。凡是原先使用BSIM4建模的器件，其温度模型都可以用本发明的子电路温度模型方法调整到最佳拟合。
当然，利用常温低场迁移率u0、常温低场迁移率的栅长因子lu0、常温低场迁移率的交叉因子pu0的相关参数调温度模型时，线性阈值电压Vtlin和饱和阈值电压Vtsat的温度模型也可能会受到影响。如果设定线性电流Idlin、饱和电流Idsat、线性阈值电压Vtlin为待调准目标，那么还需要利用BSIM4模型原有的调整线性阈值电压Vtlin的温度模型的参数阈值电压温度系数kt1、阈值电压温度系数的栅长因子lkt1或阈值电压温度系数的交叉因子pkt1对模型进行细调修正，这对于本领域技术人员来说是可以显而易见地想到并实现的，故在此简单说明。此外，调整饱和阈值电压Vtsat和线性阈值电压Vtlin的参数是相同的，即同一个参数既影响线性阈值电压Vtlin，也会影响饱和阈值电压Vtsat，不存在单独对饱和阈值电压Vtsat发生作用的参数。由于线性阈值电压Vtlin比较重要，故通常情况下把线性阈值电压Vtlin调准，然后饱和阈值电压Vtsat基本也准了，如果饱和阈值电压Vtsat这时候存在偏差，则视为允许范围。
第二实施例
与第一实施例不同的是，本实施例选取器件阵列中的大尺寸MOS器件(W/L＝9μm/9μm)、短沟道MOS器件(W/L＝9μm/0.36μm)、窄沟道MOS器件(W/L＝0.342μm/9μm)、小尺寸MOS器件(W/L＝0.342μm/0.36μm)作为目标MOS器件，同时仍以线性电流Idlin和饱和电流Idsat作为待调准的电学特性参数。
在第一实施例的子电路温度模型的基础上，本实施例需要增加针对窄沟道器件的两个子电路温度模型，即常温低场迁移率的沟道宽度因子wu0、常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子wags的子电路温度模型，公式具体如下：
wu0＝-9.5E-010+tc15*(temper-25)*(temper-25)+tc16*(temper-25)
wags＝-2.7E-008+tc17*(temper-25)*(temper-25)+tc18*(temper-25)
在上述子电路温度模型中，tc15至tc18是拟合参数，通过调整这些参数从而使利用SPICE技术建立的最终温度模型与实测数据实现最佳拟合。针对本实施例的建模实例，上述子电路温度模型的拟合参数tc15至tc18的最终值，该最终值是经过一系列调整过程最终模型曲线与实测数据一致或最接近时的参数值：
+tc15＝1e-15
+tc16＝1e-11
+tc17＝1e-13
+tc18＝1e-10
图19为本实施例的增加子电路温度模型的MOS器件的BSIM4直流温度模型的具体实现框架，通过定义一个子电路.subckt可以自由定义一些参数及其公式，并且将这些模型公式增加到原有的BSIM4模型参数中，在原有的BSIM4模型无法准确拟合的情况下，完成一些特殊情况的建模。在图19所示的框架中，.subckt是子电路定义开始语句，n25od33是子电路名，d、g、s、b代表MOS器件的四个端口Drain、Gate、Source、Bulk，分别是漏、栅、源和衬底。
在本实施例中，对于图1至图4所示的器件阵列，先利用常温低场迁移率u0、常温下体电荷效应的栅压系数ags调准9μm/9μm大尺寸器件的温度模型后，接着利用常温低场迁移率的栅长因子lu0、常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat调准9μm/0.36μm短沟道器件的温度模型，然后利用常温低场迁移率的沟道宽度因子wu0、常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子wags对0.342μm/9μm窄沟道器件的温度模型进行调整，最后利用常温低场迁移率的交叉因子pu0和常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat对0.342μm/0.36μm小尺寸器件的温度模型进行调整。0.342μm/9μm窄沟道器件和0.342μm/0.36μm小尺寸器件的模型调整方法与9/9μm大尺寸器件和9/0.36μm短沟道器件类似，即利用常温低场迁移率的沟道宽度因子wu0的参数和常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子wags的参数将0.342μm/9μm窄沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat同时调准，利用常温低场迁移率的交叉因子pu0的参数tc11、参数tc12和常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat的参数tc13、参数tc14将0.342/0.36μm小尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat同时调准。
需要说明的是，如果大尺寸器件和短沟道器件的子电路温度模型调准后，窄沟道器件的子电路温度模型不需调整已经准确度较高，那么可以省略窄沟道器件的模型调整过程，直接进行小尺寸器件的子电路温度模型的调准过程，这对于本领域技术人员来说是显而易见的，故在此声明。
当然，利用常温低场迁移率u0、常温低场迁移率的栅长因子lu0、常温低场迁移率的沟道宽度因子wu0、常温低场迁移率的交叉因子pu0的相关参数调温度模型时，线性阈值电压Vtlin和饱和阈值电压Vtsat的温度模型也可能会受到影响。如果设定线性电流Idlin、饱和电流Idsat、线性阈值电压Vtlin为待调准目标，那么这时就需要利用BSIM4模型原有的调整线性阈值电压Vtlin的温度模型的阈值电压温度系数kt1、阈值电压温度系数的栅长因子lkt1、阈值电压温度系数的沟道宽度因子wkt1、阈值电压温度系数的交叉因子pkt1对模型进行细调修正，这对于本领域技术人员来说是可以显而易见地想到的，故在此简单说明。
在上述两个实施例中，对子电路温度模型进行调整时，尽量平衡高温和低温模型，两个都要调准，在不能两全的情况下，倾向于提高高温模型的拟合精度，牺牲一些低温模型的拟合精度。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，本发明并不局限于上述实施方式。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (9)

1.一种基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型的建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，流片测试得到建模的实测数据；
步骤2，选择目标MOS器件和待调准的电学特性参数；
步骤3，进行拟合，建立MOS器件的BSIM4直流温度模型；
步骤4，在经过拟合的BSIM4直流温度模型基础上，针对目标MOS器件和待调准的电学特性参数所涉及的模型参数分别建立子电路温度模型；
步骤5，利用子电路温度模型对目标MOS器件分别进行曲线拟合，如果拟合结果与器件的实测数据一致，则进入步骤6，否则调整子电路温度模型的相应参数，并重复该步骤；
步骤6，建模结束，得到最终的子电路温度模型；
其中，以大尺寸器件、短沟道器件、小尺寸器件为目标MOS器件，且以线性电流Idlin和饱和电流Idsat或以线性电流Idlin、饱和电流Idsat和线性阈值电压Vtlin为待调准目标时，子电路温度模型公式都如下：
t_u0＝tc1*(temper-25)*(temper-25)+tc2*(temper-25)
t_vsat＝tc3*(temper-25)*(temper-25)+tc4*(temper-25)
t_ags＝tc5*(temper-25)*(temper-25)+tc6*(temper-25)
t_lvsat＝tc7*(temper-25)*(temper-25)+tc8*(temper-25)
t_lu0＝tc9*(temper-25)*(temper-25)+tc10*(temper-25)
t_pu0＝tc11*(temper-25)*(temper-25)+tc12*(temper-25)
t_pvsat＝tc13*(temper-25)*(temper-25)+tc14*(temper-25)
t_pags＝tc19*(temper-25)*(temper-25)+tc20*(temper-25)
以大尺寸器件、短沟道器件、窄沟道器件、小尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat或以线性电流Idlin、饱和电流Idsat和线性阈值电压Vtlin为待调准目标时，需要增加的子电路温度模型公式都如下：
t_wu0＝tc15*(temper-25)*(temper-25)+tc16*(temper-25)
t_wags＝tc17*(temper-25)*(temper-25)+tc18*(temper-25)
t_wvsat＝tc21*(temper-25)*(temper-25)+tc22*(temper-25)
其中，u0为常温低场迁移率，ags为常温下体电荷效应的栅压系数，vsat为常温饱和载流子速度，lvsat为常温饱和载流子速度的栅长因子，lu0为常温低场迁移率的栅长因子，栅长因子lvsat和lu0是针对沟道长度短的短沟道器件的参数，pu0为常温低场迁移率的交叉因子，pvsat为常温饱和载流子速度的交叉因子，pags是常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子，交叉因子pu0、pvsat和pags是针对沟道长度和宽度都小的小尺寸器件的参数，wu0为常温低场迁移率的沟道宽度因子，wags为常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子，wvsat是常温饱和载流子速度的沟道宽度因子，沟道宽度因子wu0、wvsat和wags是针对沟道长度和宽度都小的小尺寸器件的参数，tc1至tc22为拟合参数；temper为Hspice器件和电路仿真软件默认的温度参数，temper的数值为数据文件中或者Hspice仿真网表中设定的温度值。
2.根据权利要求1所述的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型的建模方法，其特征在于，以大尺寸器件、短沟道器件、窄沟道器件、小尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat为待调准目标时，在步骤5中，对大尺寸器件、短沟道器件、窄沟道器件、小尺寸器件的子电路温度模型进行调整的步骤如下：
第一步，利用常温低场迁移率u0的子电路温度模型参数和/或常温下体电荷效应的栅压系数ags的子电路温度模型参数对大尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；
第二步，利用常温低场迁移率的栅长因子lu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度vsat的子电路温度模型参数对短沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；
第三步，利用常温低场迁移率的沟道宽度因子wu0的子电路温度模型参数和/或常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子wags的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度的沟道宽度因子wvsat的子电路温度模型参数对窄沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；
第四步，利用常温低场迁移率的交叉因子pu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat的子电路温度模型参数或常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子pags的子电路温度模型参数对小尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准。
3.根据权利要求2所述的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型的建模方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S11、利用常温低场迁移率u0的子电路温度模型参数对大尺寸器件的线性电流Idlin进行调准；
S12、利用常温下体电荷效应的栅压系数ags的子电路温度模型参数对大尺寸器件的饱和电流Idsat进行调准；
S21、利用常温低场迁移率的栅长因子lu0的子电路温度模型参数对短沟道器件的线性电流Idlin进行调准；
S22、利用常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度vsat的子电路温度模型参数对短沟道器件的饱和电流Idsat进行调准；
S31、利用常温低场迁移率的沟道宽度因子wu0的子电路温度模型参数对窄沟道器件的线性电流Idlin进行调准；
S32、利用常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子wags的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度的沟道宽度因子wvsat的子电路温度模型参数对窄沟道器件的饱和电流Idsat进行调准；
S41、利用常温低场迁移率的交叉因子pu0的子电路温度模型参数对小尺寸器件的线性电流Idlin进行调准；
S42、利用常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat的子电路温度模型参数或常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子pags的子电路温度模型参数对小尺寸器件的饱和电流Idsat进行调准。
4.根据权利要求1所述的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型的建模方法，其特征在于，以大尺寸器件、短沟道器件、窄沟道器件、小尺寸器件的线性电流Idlin、饱和电流Idsat和线性阈值电压Vtlin为待调准目标时，在步骤5中，对大尺寸器件、短沟道器件、窄沟道器件、小尺寸器件的子电路温度模型进行调整的步骤如下：
第一步，利用常温低场迁移率u0的子电路温度模型参数和/或常温下体电荷效应的栅压系数ags的子电路温度模型参数对大尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；
第二步，利用BSIM4模型的阈值电压温度系数kt1对大尺寸器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；
第三步，利用常温低场迁移率的栅长因子lu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度vsat的子电路温度模型参数对短沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；
第四步，利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的栅长因子lkt1对短沟道器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；
第五步，利用常温低场迁移率的沟道宽度因子wu0的子电路温度模型参数和/或常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子wags的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度的沟道宽度因子wvsat的子电路温度模型参数对窄沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；
第六步，利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的沟道宽度因子wkt1对窄沟道器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；
第七步，利用常温低场迁移率的交叉因子pu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat的子电路温度模型参数或常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子pags的子电路温度模型参数对小尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；
第八步，利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的交叉因子pkt1对小尺寸器件的线性阈值电压Vtlin进行修正。
5.根据权利要求4所述的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型的建模方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S11、利用常温低场迁移率u0的子电路温度模型参数对大尺寸器件的线性电流Idlin进行调准；
S12、利用常温下体电荷效应的栅压系数ags的子电路温度模型参数对大尺寸器件的饱和电流Idsat进行调准；
S2、利用BSIM4模型的阈值电压温度系数kt1对大尺寸器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；
S31、利用常温低场迁移率的栅长因子lu0的子电路温度模型参数对短沟道器件的线性电流Idlin进行调准；
S32、利用常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度vsat的子电路温度模型参数对短沟道器件的饱和电流Idsat进行调准；
S4、利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的栅长因子lkt1对短沟道器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；
S51、利用常温低场迁移率的沟道宽度因子wu0的子电路温度模型参数对窄沟道器件的线性电流Idlin进行调准；
S52、利用常温下体电荷效应的栅压系数的沟道宽度因子wags的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度的沟道宽度因子wvsat的子电路温度模型参数对窄沟道器件的饱和电流Idsat进行调准；
S6、利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的沟道宽度因子wkt1对窄沟道器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；
S71、利用常温低场迁移率的交叉因子pu0的子电路温度模型参数对小尺寸器件的线性电流Idlin进行调准；
S72、利用常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat的子电路温度模型参数或常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子pags的子电路温度模型参数对小尺寸器件的饱和电流Idsat进行调准；
S8、利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的交叉因子pkt1对小尺寸器件的线性阈值电压Vtlin进行修正。
6.根据权利要求1所述的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型的建模方法，其特征在于，以大尺寸器件、短沟道器件、小尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat为待调准目标时，在步骤5中，对大尺寸器件、短沟道器件、小尺寸器件的子电路温度模型进行调整的步骤如下：
第一步，利用常温低场迁移率u0的子电路温度模型参数和/或常温下体电荷效应的栅压系数ags的子电路温度模型参数对大尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；
第二步，利用常温低场迁移率的栅长因子lu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度vsat的子电路温度模型参数对短沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；
第三步，利用常温低场迁移率的交叉因子pu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat的子电路温度模型参数或常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子pags的子电路温度模型参数对小尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准。
7.根据权利要求6所述的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型的建模方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S11、利用常温低场迁移率u0的子电路温度模型参数对大尺寸器件的线性电流Idlin进行调准；
S12、利用常温下体电荷效应的栅压系数ags的子电路温度模型参数对大尺寸器件的饱和电流Idsat进行调准；
S21、利用常温低场迁移率的栅长因子lu0的子电路温度模型参数对短沟道器件的线性电流Idlin进行调准；
S22、利用常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度vsat的子电路温度模型参数对短沟道器件的饱和电流Idsat进行调准；
S31、利用常温低场迁移率的交叉因子pu0的子电路温度模型参数对小尺寸器件的线性电流Idlin进行调准；
S32、利用常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat的子电路温度模型参数或常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子pags的子电路温度模型参数对小尺寸器件的饱和电流Idsat进行调准。
8.根据权利要求1所述的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型的建模方法，其特征在于，以大尺寸器件、短沟道器件、小尺寸器件的线性电流Idlin、饱和电流Idsat和线性阈值电压Vtlin为待调准目标时，在步骤5中，对大尺寸器件、短沟道器件、小尺寸器件的子电路温度模型进行调整的步骤如下：
第一步，利用常温低场迁移率u0的子电路温度模型参数和/或常温下体电荷效应的栅压系数ags的子电路温度模型参数对大尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；
第二步，利用BSIM4模型的阈值电压的温度系数kt1对大尺寸器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；
第三步，利用常温低场迁移率的栅长因子lu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度vsat的子电路温度模型参数对短沟道器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；
第四步，利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的栅长因子lkt1对短沟道器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；
第五步，利用常温低场迁移率的交叉因子pu0的子电路温度模型参数和/或常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat的子电路温度模型参数或常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子pags的子电路温度模型参数对小尺寸器件的线性电流Idlin和饱和电流Idsat进行调准；
第六步，利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的交叉因子pkt1对小尺寸器件的线性阈值电压Vtlin进行修正。
9.根据权利要求8所述的基于BSIM4模型的MOS器件子电路温度模型的建模方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S11、利用常温低场迁移率u0的子电路温度模型参数对大尺寸器件的线性电流Idlin进行调准；
S12、利用常温下体电荷效应的栅压系数ags的子电路温度模型参数对大尺寸器件的饱和电流Idsat进行调准；
S2、利用BSIM4模型的阈值电压温度系数kt1对大尺寸器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；
S31、利用常温低场迁移率的栅长因子lu0的子电路温度模型参数对短沟道器件的线性电流Idlin进行调准；
S32、利用常温饱和载流子速度的栅长因子lvsat的子电路温度模型参数或常温饱和载流子速度vsat的子电路温度模型参数对短沟道器件的饱和电流Idsat进行调准；
S4、利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的栅长因子lkt1对短沟道器件的线性阈值电压Vtlin进行修正；
S51、利用常温低场迁移率的交叉因子pu0的子电路温度模型参数对小尺寸器件的线性电流Idlin进行调准；
S52、利用常温饱和载流子速度的交叉因子pvsat的子电路温度模型参数或常温下体电荷效应的栅压系数的交叉因子pags的子电路温度模型参数对小尺寸器件的饱和电流Idsat进行调准；
S6、利用BSIM4模型的阈值电压温度系数的交叉因子pkt1对小尺寸器件的线性阈值电压Vtlin进行修正。
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