CN113095037B - Mos器件闪烁噪声模型及提取方法 - Google Patents

Mos器件闪烁噪声模型及提取方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种MOS器件闪烁噪声模型及提取方法，提取方法包括：设计不同尺寸的MOS器件结构，并根据各个MOS器件的尺寸将所有MOS器件划分为第一MOS器件和第二MOS器件；测量不同尺寸的MOS器件的闪烁噪声数据；建立基本的闪烁噪声模型；对所述第一MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合；建立引入与器件宽度相关的修正函数的闪烁噪声模型；对所述第二MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合；对所述第二MOS器件的闪烁噪声模型进行验证。本发明在原有噪声模型的基础上，通过引入与MOS器件长度和宽度相关的修正函数，提高了小尺寸MOS器件闪烁噪声模型的拟合精度，使之能更精确地表征不同尺寸下器件的实际噪声特性。

Description

MOS器件闪烁噪声模型及提取方法
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种MOS器件闪烁噪声模型及提取方法。
背景技术
随着半导体制造工艺技术的不断进步，MOS器件的尺寸变得越来越小，对于工艺控制以及模型精度的挑战也越来越大。在先进集成电路里，MOS器件的噪声特性特别是闪烁噪声及其建模受到越来越多的重视。目前对于MOS闪烁噪声的模拟，采用的是传统的标准化模型，其对于MOS器件长度的修正是一个常数，这在MOS器件宽度较大的时候是适用的。但是随着MOS器件的长度和宽度的同时减小，在工艺上对小尺寸MOS器件的精准控制越来越难，此时MOS器件长度的修正参数不再是简单不变的，而是与MOS器件宽度相关，因此传统的模型将难以精确地表征小尺寸MOS器件的闪烁噪声特性，这对于设计者而言是不利的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种MOS器件闪烁噪声模型及提取方法，提高了小尺寸MOS器件闪烁噪声模型的拟合精度，使之能更精确地表征不同尺寸下器件的实际噪声特性。
为了达到上述目的，本发明提供了一种MOS器件闪烁噪声模型，所述MOS器件闪烁噪声模型为：
其中，KB为玻尔兹曼常数，T为温度，q为电子的电荷常量，μeff为有效迁移率，Ids为器件电流，Coxe为栅电容，Leff为有效沟道长度，Weff为有效沟道宽度，Abulk为衬底电荷效应的参数，f为闪烁噪声频率，ef为闪烁噪声频率的指数，NOIA、NOIB及NOIC为闪烁噪声拟合参数，N0为源端的电荷密度，Nl为漏端的电荷密度，N*＝KBT(Coxe+Cd+CIT)/q2，Cd为耗尽电容，CIT为界面陷阱电容，ΔLclm为沟道长度调制参数，LINTNOI为与MOS器件长度相关的修正函数，f(w)为与MOS器件宽度相关的修正函数，Wstd为器件的基准宽度，scale为器件尺寸的缩减因子，W为器件的实际宽度，lintnoiO为与MOS器件长度相关的修正系数，lintnoi_ww为与MOS器件宽度相关的修正系数。
基于此，本发明还提供了所述的MOS器件闪烁噪声模型的提取方法，包括：
S1、设计不同尺寸的MOS器件结构，并根据各个MOS器件的尺寸将所有MOS器件划分为第一MOS器件和第二MOS器件，所述第一MOS器件的宽度大于阈值，所述第二MOS器件的宽度小于所述阈值；
S2、测量不同尺寸的MOS器件的闪烁噪声数据；
S3、建立基本的闪烁噪声模型；
S4、对所述第一MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合，若拟合不好，则进入S5，如拟合好，则进入S6；
S5、修改与MOS器件长度相关的常数，并进入S4；
S6、建立引入与器件宽度相关的修正函数的闪烁噪声模型；
S7、对所述第二MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合，若拟合不好，则进入S8，如拟合好，则进入S9；
S8、修改与MOS器件宽度相关的修正函数中的修正系数，并进入S7；
S9、根据S7得到第二MOS器件的闪烁噪声模型，并对所述第二MOS器件的闪烁噪声模型进行验证。
可选的，所述步骤S1中，设计不同尺寸的MOS器件结构时，各个MOS器件的长度和宽度同时减小。
可选的，所述步骤S3中，建立基本的闪烁噪声模型：
其中，LINTNOI为与MOS器件长度相关的修正常数。
可选的，所述步骤S4中，若测量的闪烁噪声数据与根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据相差大于或等于30％，则认为拟合不好；若测量的闪烁噪声数据与根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据相差小于30％，则认为拟合好。
可选的，根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据为通过仿真根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据。
可选的，所述步骤S5具体包括：根据测量的闪烁噪声数据与根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据的偏差量修改与MOS器件长度相关的常数。
可选的，所述步骤S7中，对所述第二MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合时，若测量的闪烁噪声数据与根据所述闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据相差大于或等于30％，则认为拟合不好；若测量的闪烁噪声数据与根据MOS器件闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据相差小于30％，则认为拟合好。
可选的，对所述第二MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合时，根据所述闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据为通过仿真根据所述闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据。
可选的，所述步骤S8具体包括：根据测量的闪烁噪声数据与根据所述闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据的偏差量修改与MOS器件宽度相关的修正系数。
在本发明提供的MOS器件闪烁噪声模型及提取方法中，通过引入与MOS器件长度和宽度相关的修正函数，提高了小尺寸MOS器件闪烁噪声模型的拟合精度，使之能更精确地表征不同尺寸下器件的实际噪声特性。
附图说明
本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
图1为本发明实施例提供的MOS器件闪烁噪声模型的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
请参照图1，本实施例提供了一种MOS器件闪烁噪声模型的提取方法，包括以下步骤：
S1、设计不同尺寸的MOS器件结构，并根据各个MOS器件的尺寸将所有MOS器件划分为第一MOS器件和第二MOS器件，所述第一MOS器件的宽度大于阈值，所述第二MOS器件的宽度小于所述阈值；
S2、测量不同尺寸的MOS器件的闪烁噪声数据；
S3、建立基本的闪烁噪声模型；
S4、对所述第一MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合，若拟合不好，则进入S5，如拟合好，则进入S6；
S5、修改与MOS器件长度相关的常数，并进入S4；
S6、建立引入与器件宽度相关的修正函数的闪烁噪声模型；
S7、对所述第二MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合，若拟合不好，则进入S8，如拟合好，则进入S9；
S8、修改与MOS器件宽度相关的修正函数中的修正系数，并进入S7；
S9、根据S8得到第二MOS器件的闪烁噪声模型，并对所述第二MOS器件的闪烁噪声模型进行验证。
首先，执行步骤S1，设计不同尺寸的MOS器件结构，并根据各个MOS器件的尺寸将所有MOS器件划分为第一MOS器件和第二MOS器件，所述第一MOS器件的宽度大于阈值，所述第二MOS器件的宽度小于所述阈值。根据背景技术所述，随着MOS器件的长度和宽度的同时减小，在工艺上对小尺寸MOS器件的精准控制越来越难，此时MOS器件长度的修正参数不再是简单不变的，而是与MOS器件宽度相关。因此，可根据MOS器件的宽度来进行划分，以便于后续对小尺寸的MOS器件的特性曲线进行拟合，得到更加精准的闪烁噪声模型。
本实施例中，设计不同尺寸的MOS器件结构时，各个MOS器件的长度和宽度同时减小。
应当理解的是，本申请对于所述阈值的具体值不作任何限制，可根据不同的MOS器件以及不同的工艺需求认为定义。
然后执行步骤S2，测量不同尺寸的MOS器件的闪烁噪声数据，以便于后续与建立的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据进行对比。
接着，执行步骤S3，建立基本的闪烁噪声模型。
本实施例中，所述基本的闪烁噪声模型如下：
其中，KB为玻尔兹曼常数，T为温度，q为电子的电荷常量，μeff为有效迁移率，Ids为器件电流，Coxe为栅电容，Leff为有效沟道长度，Weff为有效沟道宽度，Abulk为衬底电荷效应的参数，f为闪烁噪声频率，ef为闪烁噪声频率的指数，是一个拟合参数，NOIA、NOIB及NOIC为闪烁噪声拟合参数，N0为源端的电荷密度，Nl为漏端的电荷密度，N*＝KBT(Coxe+Cd+CIT)/q2，Cd为耗尽电容，CIT为界面陷阱电容，ΔLclm为沟道长度调制参数，LINTNOI为与MOS器件长度相关的修正常数。
然后执行步骤S4，对所述第一MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合，若拟合不好，则进入S4，如拟合好，则进入S5。此步骤在于对尺寸较大的第一MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合，得到较为准确的闪烁噪声模型。
本实施例中，若测量的闪烁噪声数据与根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据相差大于或等于30％，则认为拟合不好；若测量的闪烁噪声数据与根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据相差小于30％，则认为拟合好。
根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据为通过仿真根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据。
当拟合不好时，执行步骤S5，修改与MOS器件长度相关的常数，即LINTNOI的值，并进入S3继续拟合，直至拟合好。本实施例中，根据测量的闪烁噪声数据与根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据的偏差量修改与MOS器件长度相关的常数。
拟合好之后，需要对小尺寸的MOS器件进行曲线拟合，执行步骤S6，建立引入与器件宽度相关的修正函数的闪烁噪声模型。
所述MOS器件闪烁噪声模型为：
其中，KB为玻尔兹曼常数，T为温度，q为电子的电荷常量，μeff为有效迁移率，Ids为器件电流，Coxe为栅电容，Leff为有效沟道长度，Weff为有效沟道宽度，Abulk为衬底电荷效应的参数，f为闪烁噪声频率，ef为闪烁噪声频率的指数，NOIA、NOIB及NOIC为闪烁噪声拟合参数，N0为源端的电荷密度，Nl为漏端的电荷密度，N*＝KBT(Coxe+Cd+CIT)/q2，Cd为耗尽电容，CIT为界面陷阱电容，ΔLclm为沟道长度调制参数，LINTNOI为与MOS器件长度相关的修正函数，f(w)为与MOS器件宽度相关的修正函数，Wstd为器件的基准宽度，scale为器件尺寸的缩减因子，W为器件的实际宽度，lintnoi0为与MOS器件长度相关的修正系数，lintnoi_ww为与MOS器件宽度相关的修正系数。
与基本的闪烁噪声模型的不同之处在于，该闪烁噪声模型中的LINTNOI为与MOS器件长度相关的修正函数，lintnoi0为与MOS器件长度相关的修正系数，相当于基本的闪烁噪声模型中的LINTNOI，f(w)为与MOS器件宽度相关的修正函数，即所述闪烁噪声模型的闪烁噪声特性的曲线拟合与MOS器件的宽度相关。
接着执行步骤S7，对所述第二MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合，若拟合不好，则进入S8，如拟合好，则进入S9。对所述第二MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合时，若测量的闪烁噪声数据与根据所述闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据相差大于或等于30％，则认为拟合不好；若测量的闪烁噪声数据与根据MOS器件闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据相差小于30％，则认为拟合好。
进一步的，对所述第二MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合时，根据所述闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据为通过仿真根据所述闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据。
若拟合不好，则执行步骤S8，修改与MOS器件宽度相关的修正函数中的修正系数，即lintnoi_ww，并进入S7，直至拟合好。本实施例中，根据测量的闪烁噪声数据与根据所述闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据的偏差量修改与MOS器件宽度相关的修正系数。
若拟合好，则执行步骤S9，根据S7得到第二MOS器件的闪烁噪声模型，并对所述第二MOS器件的闪烁噪声模型进行验证，即对闪烁噪声模型进行连续性、稳定性验证，以保证整个模型的可使用性。
综上，本发明提供了一种MOS器件闪烁噪声模型及提取方法，在原有噪声模型的基础上，通过引入与MOS器件长度和宽度相关的修正函数，提高了小尺寸MOS器件闪烁噪声模型的拟合精度，使之能更精确地表征不同尺寸下器件的实际噪声特性。
此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种MOS器件闪烁噪声模型，其特征在于，所述MOS器件闪烁噪声模型为：
LINTNOI＝lintnoi0*f(w)
其中，KB为玻尔兹曼常数，T为温度，q为电子的电荷常量，μeff为有效迁移率，Ids为器件电流，Coxe为栅电容，Leff为有效沟道长度，Weff为有效沟道宽度，Abulk为衬底电荷效应的参数，f为闪烁噪声频率，ef为闪烁噪声频率的指数，NOIA、NOIB及NOIC为闪烁噪声拟合参数，N0为源端的电荷密度，Nl为漏端的电荷密度，N*＝KBT(Coxe+Cd+CIT)/q2，Cd为耗尽电容，CIT为界面陷阱电容，△Lclm为沟道长度调制参数，LINTNO为与MOS器件长度相关的修正函数，f(w)为与MOS器件宽度相关的修正函数，Wstd为器件的基准宽度，scale为器件尺寸的缩减因子，W为器件的实际宽度，lintnoi0为与MOS器件长度相关的修正系数，lintnoi-ww为与MOS器件宽度相关的修正系数。
2.一种如权利要求1所述的MOS器件闪烁噪声模型的提取方法，其特征在于，包括：
S1、设计不同尺寸的MOS器件结构，并根据各个MOS器件的尺寸将所有MOS器件划分为第一MOS器件和第二MOS器件，所述第一MOS器件的宽度大于阈值，所述第二MOS器件的宽度小于所述阈值；
S2、测量不同尺寸的MOS器件的闪烁噪声数据；
S3、建立基本的闪烁噪声模型；
S4、对所述第一MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合，若拟合不好，则进入S5，如拟合好，则进入S6；
S5、修改与MOS器件长度相关的常数，并进入S4；
S6、建立引入与器件宽度相关的修正函数的闪烁噪声模型；
S7、对所述第二MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合，若拟合不好，则进入S8，如拟合好，则进入S9；
S8、修改与MOS器件宽度相关的修正函数中的修正系数，并进入S7；
S9、根据S7得到第二MOS器件的闪烁噪声模型，并对所述第二MOS器件的闪烁噪声模型进行验证。
3.如权利要求2所述的MOS器件闪烁噪声模型的提取方法，其特征在于，所述步骤S1中，设计不同尺寸的MOS器件结构时，各个MOS器件的长度和宽度同时减小。
4.如权利要求2所述的MOS器件闪烁噪声模型的提取方法，其特征在于，所述步骤S3中，建立基本的闪烁噪声模型：
其中，LINTNOI为与MOS器件长度相关的修正常数。
5.如权利要求2所述的MOS器件闪烁噪声模型的提取方法，其特征在于，所述步骤S4中，若测量的闪烁噪声数据与根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据相差大于或等于30％，则认为拟合不好；若测量的闪烁噪声数据与根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据相差小于30％，则认为拟合好。
6.如权利要求5所述的MOS器件闪烁噪声模型的提取方法，其特征在于，根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据为通过仿真根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据。
7.如权利要求5所述的MOS器件闪烁噪声模型的提取方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：根据测量的闪烁噪声数据与根据基本的闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据的偏差量修改与MOS器件长度相关的常数。
8.如权利要求2所述的MOS器件闪烁噪声模型的提取方法，其特征在于，所述步骤S7中，对所述第二MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合时，若测量的闪烁噪声数据与根据所述闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据相差大于或等于30％，则认为拟合不好；若测量的闪烁噪声数据与根据MOS器件闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据相差小于30％，则认为拟合好。
9.如权利要求8所述的MOS器件闪烁噪声模型的提取方法，其特征在于，对所述第二MOS器件的闪烁噪声特性进行曲线拟合时，根据所述闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据为通过仿真根据所述闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据。
10.如权利要求8所述的MOS器件闪烁噪声模型的提取方法，其特征在于，所述步骤S8具体包括：根据测量的闪烁噪声数据与根据所述闪烁噪声模型得到的闪烁噪声数据的偏差量修改与MOS器件宽度相关的修正系数。
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