CN109711038A - Mom电容失配模型及其提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种MOM电容失配模型，涉及半导体集成电路，所述MOM电容失配模型为：mis_main＝f(mis_geo，mis_lay)＝’(mis_a*(((mis_geo‑mis_b)**2+1e‑18)**0.5+mis_geo)+mis_c*(((mis_geo‑mis_b)**2+1e‑18)**0.5‑mis_geo)+mis_d+mis_e*power(mis_lay，mis_f))*mis_con’其中，mis_geo代表MOM电容尺寸，mis_lay代表MOM结构的金属层数，mis_a、mis_b、mis_c和mis_d为与MOM电容尺寸相关的参数，mis_e和mis_f为与MOM结构的金属层数相关的参数，mis_con’＝f(w，l，nr，s，mis_lay，V，T)为基本的MOM电容模型，其中w为MOM电容版图中每个金属层的宽度，L为MOM电容版图中每个金属层的长度，nr为每一电极包括的金属层的个数，s为MOM电容版图中相邻金属层的间距，V为施加在MOM电容上的电压，T为MOM电容的温度。

Description

MOM电容失配模型及其提取方法

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路，尤其涉及一种MOM电容失配模型及其提取方法。

背景技术

在半导体集成电路中，随着工艺节点的不断推进，元器件尺寸在不断减小，集成电路结构及版图复杂程度也不断提高，器件之间不匹配的现象(即失配现象)也越来越严重，在一定程度上影响集成电路的性能。

其中，电容器被广泛应用于CMOS集成电路中，如在运算放大器中用作相位补偿电容；在开关电容或ADC(Analog to Digital Converter，模拟数字转换器)或DAC(Digitalto Analog Converter，数字模拟转换器)中用作电荷存储元件；在RC振荡电路及低通滤波电路中也均得到广泛应用。其中，用于模拟集成电路的高性能电容器需要满足：较大的单位面积电容值、较小的寄生电容、良好的匹配精度、较小的电压和温度系数等特点。其中，MOM(Metal-Oxide-Metal,金属-氧化物-金属)电容是电容器中一种常见的电容，目前广泛应用于半导体集成电路中。它主要是利用同层金属之间的电容，还可以通过堆叠多层MOM电容来实现较大的电容值。

由于MOM电容的广泛应用，因此电路设计工程师对于MOM电容失配模型的准确性也不断提出新的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MOM电容失配模型，使MOM电容失配模型引入与MOM结构的金属层数相关的函数，使得该新型失配模型能够更好、更准确的反应MOM电容器件失配特性。

本发明提供的MOM电容失配模型，为：

mis_main＝f(mis_geo，mis_lay)＝

’(mis_a*(((mis_geo-mis_b)**2+1e-18)**0.5+mis_geo)

+mis_c*(((mis_geo-mis_b)**2+1e-18)**0.5-mis_geo)

+mis_d+mis_e*power(mis_lay，mis_f))*mis_con’

其中，mis_geo代表MOM电容尺寸，mis_lay代表MOM结构的金属层数，mis_a、mis_b、mis_c和mis_d为与MOM电容尺寸相关的参数，mis_e和mis_f为与MOM结构的金属层数相关的参数，mis_con’＝f(w，l，nr，s，mis_lay，V，T)为基本的MOM电容模型，其中w为MOM电容版图中每个金属层的宽度，L为MOM电容版图中每个金属层的长度，nr为每一电极包括的金属层的个数，s为MOM电容版图中相邻金属层的间距，V为施加在MOM电容上的电压，T为MOM电容的温度。

本发明还提供MOM电容失配模型的提取方法，包括：S1：设计不同尺寸和MOM结构的金属层数不同的MOM电容结构；S2：测量MOM电容的电容值；S3：建立基本的MOM电容模型；S4：对与MOM电容尺寸、电压和温度相关的参数进行曲线拟合，若拟合不好，则进入S5，若拟合好，则进入S6；S5：修改与MOM电容尺寸、电压和温度相关的参数，并进入S4；S6：建立引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型；S7：对与MOM电容尺寸相关的参数及与MOM结构的金属层数相关的参数进行曲线拟合，若拟合不好，则进入S8，若拟合好，则进入S9；S8：修改与MOM电容尺寸相关的参数及与MOM结构的金属层数相关的参数，并进入S7，以及S9：根据S7得到MOM电容失配模型，并对MOM电容失配模型进行验证。

更进一步的，步骤S2中在不同MOM电容尺寸下测量MOM电容的电容值。

更进一步的，步骤S2中更进一步的在MOM结构的金属层数不同下测量MOM电容的电容值。

更进一步的，步骤S3中基于步骤S2中测量的MOM电容的电容值，建立基本的MOM电容模型：mis_con’＝f(w,l,nr,s,mis_lay,V，T)为基本的MOM电容模型，其中w为MOM电容版图中每个金属层的宽度,L为MOM电容版图中每个金属层的长度，nr为每一电极包括的金属层的个数，s为MOM电容版图中相邻金属层的间距，mis_lay代表MOM结构的金属层数，V为施加在MOM电容上的电压，T为MOM电容的温度。

更进一步的，步骤S4若测量的MOM电容值与根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值相差大于或等于10％，则认为拟合不好；若测量的MOM电容值与根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值相差小于10％，则认为拟合好。

更进一步的，根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值为通过仿真根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值。

更进一步的，步骤S5中根据测量的MOM电容值与根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值的偏差量修改与MOM电容尺寸、电压和温度相关的参数。

更进一步的，在步骤S6中在MOM结构的金属层数不同下测量MOM电容的电容值，基于基本的MOM电容模型建立引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型。

更进一步的，在步骤S7中对mis_a、mis_b、mis_c、mis_d、mis_e和mis_f进行曲线拟合。

更进一步的，步骤S7中测量的MOM电容失配率与根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率相差大于或等于10％，则认为拟合不好；测量的MOM电容失配率与根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率相差小于10％，则认为拟合好。

更进一步的，根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率为通过仿真根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率。

更进一步的，步骤S8中根据测量的MOM电容失配率与根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率的偏差量修改与MOM电容尺寸相关的参数及与MOM结构的金属层数相关的参数。

本发明提供的MOM失配模型，通过在现有的MOM电容失配模型(如公式1)的基础上，引入与MOM结构的金属层数相关的函数，使得该新型失配模型(公式2)能够更好、更准确的反应MOM电容器件失配特性，这就给设计者在电路设计时考虑不同的金属层数、不同尺寸条件下对MOM电容失配模型的性能影响提供很大的帮助，使该优化型MOM电容失配模型适用性更好，给设计者在电路设计时设计更合理的MOM电容版图提供很大的帮助。

附图说明

图1为本发明一实施例的MOM失配模型的提取方法的流程图。

图2为现有的失配模型拟合结果示意图。

图3为优化后的失配模型拟合结果示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

器件的失配模型目前通常是使用与器件尺寸相关的参数来表征，同样的，现有技术中，也是采用与MOM电容尺寸相关的参数来表征MOM电容的失配模型，其现有的MOM电容失配模型可参阅公式1：

mis_main＝’(mis_a*(((mis_geo-mis_b)**2+1e-18)**0.5+mis_geo)

+mis_c*(((mis_geo-mis_b)**2+1e-18)**0.5-mis_geo)+mis_d)*mis_con’

公式1

其中，mis_geo代表MOM电容尺寸，mis_a、mis_b、mis_c和mis_d为与MOM电容尺寸相关的参数，mis_con’＝f(w，l，nr，s，mis_lay，V，T)为基本的MOM电容模型，其中w为MOM电容版图中每个金属层的宽度，L为MOM电容版图中每个金属层的长度，nr为每一电极包括的金属层的个数，s为MOM电容版图中相邻金属层的间距，mis_lay代表MOM结构的金属层数，V为施加在MOM电容上的电压，T为MOM电容的温度。

现有的MOM电容失配模型仅考虑了MOM电容本身的尺寸对MOM电容之间的失配的影响，然而在实际应用中发现，形成MOM结构的金属层数的变化也会影响MOM电容之间的失配值，而现有的MOM电容失配模型并没有考虑MOM结构的金属层数的影响，这也是现有的MOM电容失配模型的不足之处。

本发明一实施例中，提供一种MOM电容失配模型，在现有的MOM电容失配模型基础上，引入与MOM结构的金属层数相关的函数使得该新型失配模型能够更好、更准确的反应MOM电容器件失配特性，这就给设计者在电路设计时考虑MOM结构的金属层数不同、尺寸不同条件下对MOM电容失配模型的性能影响提供很大的帮助，使该优化型MOM电容失配模型适用性更好，给设计者在电路设计时设计更合理的MOM电容版图提供很大的帮助。

本发明提供的MOM电容失配模型为公式2：

mis_main＝f(mis_geo，mis_lay)＝

’(mis_a*(((mis_geo-mis_b)**2+1e-18)**0.5+mis_geo)

+mis_c*(((mis_geo-mis_b)**2+1e-18)**0.5-mis_geo)

+mis_d+mis_e*power(mis_lay，mis_f))*mis_con’

公式2

其中，mis_geo代表MOM电容尺寸，mis_lay代表MOM结构的金属层数，mis_a、mis_b、mis_c和mis_d为与MOM电容尺寸相关的参数，mis_e和mis_f为与MOM结构的金属层数相关的参数，mis_con’＝f(w,l,nr,s,mis_lay,V，T)为基本的MOM电容模型，其中w为MOM电容版图中每个金属层的宽度,L为MOM电容版图中每个金属层的长度，nr为每一电极包括的金属层的个数，s为MOM电容版图中相邻金属层的间距，V为施加在MOM电容上的电压，T为MOM电容的温度。

如此，得到的MOM电容失配模型(如公式2)，在现有的MOM电容失配模型(如公式1)的基础上，引入与MOM结构的金属层数相关的函数，使得该新型失配模型能够更好、更准确的反应MOM电容器件失配特性，这就给设计者在电路设计时考虑MOM结构的金属层数不同、尺寸不同条件下对MOM电容失配模型的性能影响提供很大的帮助，使该优化型MOM电容失配模型适用性更好，给设计者在电路设计时设计更合理的MOM电容版图提供很大的帮助。

在本发明一实施例中，还提供一种上述MOM电容失配模型的提取方法，具体的可参阅图1，图1为本发明一实施例的MOM电容失配模型的提取方法的流程图，如图1所示，该方法包括：

S1：设计不同尺寸和MOM结构的金属层数不同的MOM电容结构。

S2：测量MOM电容的电容值。

在本发明一实施例中，在不同MOM电容尺寸下测量MOM电容的电容值。更进一步的，在本发明一实施例中，在MOM结构的金属层数不同下测量MOM电容的电容值。

S3：建立基本的MOM电容模型。

具体的，在本发明一实施例中，基于步骤S2中测量的MOM电容的电容值，建立基本的MOM电容模型：mis_con’＝f(w,l,nr,s,mis_lay,V，T)为基本的MOM电容模型，其中w为MOM电容版图中每个金属层的宽度,L为MOM电容版图中每个金属层的长度，nr为每一电极包括的金属层的个数，s为MOM电容版图中相邻金属层的间距，mis_lay代表MOM结构的金属层数，V为施加在MOM电容上的电压，T为MOM电容的温度。

S4：对与MOM电容尺寸、电压和温度相关的参数进行曲线拟合，若拟合不好，则进入S5，若拟合好，则进入S6。

具体的，在本发明一实施例中，若测量的MOM电容值与根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值相差大于或等于10％，则认为拟合不好；若测量的MOM电容值与根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值相差小于10％，则认为拟合好。

在本发明一实施例中，上述根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值为通过仿真根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值。

S5：修改与MOM电容尺寸、电压和温度相关的参数，并进入S4。

即若拟合不好，则根据测量的MOM电容值与根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值的偏差量修改与MOM电容尺寸、电压和温度相关的参数。

S6：建立引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型(如公式2)。

具体的，在本发明一实施例中，在MOM结构的金属层数不同下测量MOM电容的电容值，基于基本的MOM电容模型建立引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型。

S7：对与MOM电容尺寸相关的参数及与MOM结构的金属层数相关的参数进行曲线拟合，若拟合不好，则进入S8，若拟合好，则进入S9。

更具体的，为对mis_a、mis_b、mis_c、mis_d、mis_e和mis_f进行曲线拟合。具体的，在本发明一实施例中，测量的MOM电容失配率与根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率相差大于或等于10％，则认为拟合不好；测量的MOM电容失配率与根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率相差小于10％，则认为拟合好。

在本发明一实施例中，上述根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率为通过仿真根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率。

S8：修改与MOM电容尺寸相关的参数及与MOM结构的金属层数相关的参数，并进入S7。

更具体的，若拟合不好，则根据测量的MOM电容失配值与根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率的偏差量修改与MOM电容尺寸相关的参数及与MOM结构的金属层数相关的参数(mis_a、mis_b、mis_c、mis_d、mis_e和mis_f)。

S9：根据S7得到MOM电容失配模型(如公式2)，并对MOM电容失配模型进行验证。

例如，为了表征MOM电容器件在不同的器件尺寸，不同金属层数的失配特性分析，设计版图后进行测量，然后对数据进行分析提取失配模型。下面以40LP的MOM电容为例,现有的失配模型(公式1)拟合结果示意图(图2)，优化后的失配模型拟合结果示意图(图3)。可以看到，用新型失配模型，得到了与数据更匹配，更好地结果。

具体的，如图2所示，正方形表示实测的失配率，圆点表示根据现有的失配模型得到的失配率，可以看出根据现有的失配模型得到的失配率并不能表征实测的失配率，偏差较大。如图3所示，正方形表示实测的失配率，圆点表示根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的失配率，可以看出引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的失配率的变化基本与实测的失配率吻合，准确表征了MOM电容失配率的变化。因此，本发明引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型能更精确的反应MOM电容的特性。

综上所述，通过在现有的MOM电容失配模型(如公式1)的基础上，引入与MOM结构的金属层数相关的函数，使得该新型失配模型(公式2)能够更好、更准确的反应MOM电容器件失配特性，这就给设计者在电路设计时考虑不同的金属层数、不同尺寸条件下对MOM电容失配模型的性能影响提供很大的帮助，使该优化型MOM电容失配模型适用性更好，给设计者在电路设计时设计更合理的MOM电容版图提供很大的帮助。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种MOM电容失配模型，其特征在于，所述MOM电容失配模型为：

mis_main＝f(mis_geo，mis_lay)＝

’(mis_a*(((mis_geo-mis_b)**2+1e-18)**0.5+mis_geo)

+mis_c*(((mis_geo-mis_b)**2+1e-18)**0.5-mis_geo)

+mis_d+mis_e*power(mis_lay，mis_f))*mis_con’

其中，mis_geo代表MOM电容尺寸，mis_lay代表MOM结构的金属层数，mis_a、mis_b、mis_c和mis_d为与MOM电容尺寸相关的参数，mis_e和mis_f为与MOM结构的金属层数相关的参数，mis_con’＝f(w，l，nr，s，mis_lay，V，T)为基本的MOM电容模型，其中w为MOM电容版图中每个金属层的宽度，L为MOM电容版图中每个金属层的长度，nr为每一电极包括的金属层的个数，s为MOM电容版图中相邻金属层的间距，V为施加在MOM电容上的电压，T为MOM电容的温度。

2.权利要求1所述的MOM电容失配模型的提取方法，其特征在于，包括：

S1：设计不同尺寸和MOM结构的金属层数不同的MOM电容结构；

S2：测量MOM电容的电容值；

S3：建立基本的MOM电容模型；

S4：对与MOM电容尺寸、电压和温度相关的参数进行曲线拟合，若拟合不好，则进入S5，若拟合好，则进入S6；

S5：修改与MOM电容尺寸、电压和温度相关的参数，并进入S4；

S6：建立引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型；

S7：对与MOM电容尺寸相关的参数及与MOM结构的金属层数相关的参数进行曲线拟合，若拟合不好，则进入S8，若拟合好，则进入S9；

S8：修改与MOM电容尺寸相关的参数及与MOM结构的金属层数相关的参数，并进入S7，以及

S9：根据S7得到MOM电容失配模型，并对MOM电容失配模型进行验证。

3.根据权利要求2所述的MOM电容失配模型的提取方法，其特征在于，步骤S2中在不同MOM电容尺寸下测量MOM电容的电容值。

4.根据权利要求3所述的MOM电容失配模型的提取方法，其特征在于，步骤S2中更进一步的在MOM结构的金属层数不同下测量MOM电容的电容值。

5.根据权利要求3所述的MOM电容失配模型的提取方法，其特征在于，步骤S3中基于步骤S2中测量的MOM电容的电容值，建立基本的MOM电容模型：mis_con’＝f(w,l,nr,s,mis_lay,V，T)为基本的MOM电容模型，其中w为MOM电容版图中每个金属层的宽度,L为MOM电容版图中每个金属层的长度，nr为每一电极包括的金属层的个数，s为MOM电容版图中相邻金属层的间距，mis_lay代表MOM结构的金属层数，V为施加在MOM电容上的电压，T为MOM电容的温度。

6.根据权利要求2所述的MOM电容失配模型的提取方法，其特征在于，步骤S4若测量的MOM电容值与根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值相差大于或等于10％，则认为拟合不好；若测量的MOM电容值与根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值相差小于10％，则认为拟合好。

7.根据权利要求6所述的MOM电容失配模型的提取方法，其特征在于，根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值为通过仿真根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值。

8.根据权利要求6所述的MOM电容失配模型的提取方法，其特征在于，步骤S5中根据测量的MOM电容值与根据基本的MOM电容模型得到的MOM电容值的偏差量修改与MOM电容尺寸、电压和温度相关的参数。

9.根据权利要求2所述的MOM电容失配模型的提取方法，其特征在于，在步骤S6中在MOM结构的金属层数不同下测量MOM电容的电容值，基于基本的MOM电容模型建立引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型。

10.根据权利要求2所述的MOM电容失配模型的提取方法，其特征在于，在步骤S7中对mis_a、mis_b、mis_c、mis_d、mis_e和mis_f进行曲线拟合。

11.根据权利要求10所述的MOM电容失配模型的提取方法，其特征在于，步骤S7中测量的MOM电容失配率与根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率相差大于或等于10％，则认为拟合不好；测量的MOM电容失配率与根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率相差小于10％，则认为拟合好。

12.根据权利要求11所述的MOM电容失配模型的提取方法，其特征在于，根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率为通过仿真根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率。

13.根据权利要求11所述的MOM电容失配模型的提取方法，其特征在于，步骤S8中根据测量的MOM电容失配率与根据引入与MOM结构的金属层数相关的函数的MOM电容失配模型得到的MOM电容失配率的偏差量修改与MOM电容尺寸相关的参数及与MOM结构的金属层数相关的参数。