CN117272907A - 仿真mim电容器漏电流的模型及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种仿真MIM电容器漏电流的模型及方法，模型包括：MIM电容器模型；背靠背的两个二极管模型；背靠背的两个二极管模型包括第一二极管和第二二极管，第一二极管的正极和第二二极管的正极电连接，第一二极管的负极和第二二极管的负极分别与MIM电容器模型的其中两个极板电连接。方法包括：建立仿真MIM电容器漏电流的模型；导入MIM电容器的尺寸信息、电容器的个数以及仿真温度；关闭背靠背的两个二极管模型中的电容参数；分别调节背靠背的两个二极管模型中与二极管的反偏以及击穿区域相关的参数；提取二极管的漏电流，以作为MIM电容器的漏电流。本发明能仿真得到MIM电容器的漏电流。

Description

仿真MIM电容器漏电流的模型及方法
技术领域
本发明涉及半导体电路仿真技术领域，尤其是涉及一种仿真MIM电容器漏电流的模型及方法。
背景技术
计算机辅助电路分析在大规模集成电路和超大规模集成电路设计中已成为必不可少的手段。为了优化电路，提高性能，希望计算机辅助电路分析的模拟结果尽量与实际电路相接近。需要对集成电路中的器件建立模型，对模型进行仿真验证得到可以预测器件的功能参数，从而可以对器件进行分析。
电容器是电路或电力设备中不可缺少的一部分。电容器有多种类型，其中，MIM(MIM，Metal-Insulator-Metal)电容结构是在半导体器件的互连层间形成的电容结构，其可与半导体制造的后道工艺较好兼容。因而被广泛地应用于例如射频集成电路以及半导体存储器的制造中，因此，需要经常仿真MIM电容器的各种参数从而可以更为准确地设计出需要的MIM电容器。
请参照图1，现有技术的MIM电容器模型包括，金属层下极板110、金属层上极板120以及位于金属层下极板110和金属层上极板120之间的电介质层130。使用现有技术的MIM电容器模型就可以仿真得到一些MIM电容器的参数，例如，MIM电容器的电容值。
然而，使用现有技术的MIM电容模型进行仿真时，只能仿真得到MIM电容器的电容值的参数，也就是说只能仿真MIM电容的电容值和MIM电容的电压的关系，不能仿真得到MIM电容器的漏电流，就不能仿真到MIM电容器的漏电情况。因此，现有技术的MIM电容器模型不能提供更广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿真MIM电容器漏电流的模型及方法，可以仿真得到MIM电容器的漏电流。
为了达到上述目的，本发明提供了一种仿真MIM电容器漏电流的模型，包括：
MIM电容器模型；
背靠背的两个二极管模型；
其中，所述背靠背的两个二极管模型包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极和所述第二二极管的正极电连接，所述第一二极管的负极和所述第二二极管的负极分别与所述MIM电容器模型的其中两个极板电连接。
可选的，在所述的仿真MIM电容器漏电流的模型中，所述MIM电容器模型包括金属层上极板、金属层下级板以及位于所述金属层下极板和金属层上极板之间的电介质层。
可选的，在所述的仿真MIM电容器漏电流的模型中，所述第一二极管的负极与所述金属层上极板电连接，所述第二二极管的负极与所述金属层下极板电连接。
可选的，在所述的仿真MIM电容器漏电流的模型中，所述第一二极管的负极与所述金属层下极板电连接，所述第二二极管的负极与所述金属层上极板电连接。
相应地，本发明还提供了一种仿真MIM电容器漏电流的方法，包括：
建立仿真MIM电容器漏电流的模型；
导入所述MIM电容器的尺寸信息、电容器的个数以及仿真温度；
关闭背靠背的两个二极管模型中的电容参数；
分别调节所述背靠背的两个二极管模型中与二极管的反偏以及击穿区域相关的参数；
提取所述二极管的漏电流，以作为所述MIM电容器的漏电流。
可选的，在所述的仿真MIM电容器漏电流的方法中，建立所述仿真MIM电容器漏电流的模型的方法包括：
建立MIM电容器模型；
建立背靠背的两个二极管模型；
将所述MIM电容器模型和所述背靠背的两个二极管模型并联。
可选的，在所述的仿真MIM电容器漏电流的方法中，所述尺寸信息包括：MIM电容器的长度和MIM电容器的宽度。
可选的，在所述的仿真MIM电容器漏电流的方法中，设置的两个二极管的击穿电压相同。
可选的，在所述的仿真MIM电容器漏电流的方法中，测试所述MIM电容器的漏电流之后，还包括输出：漏电流的仿真图。
可选的，在所述的仿真MIM电容器漏电流的方法中，所述仿真图包括击穿电压和漏电流的相关性。
在本发明提供的仿真MIM电容器漏电流的模型及方法中，模型包括：MIM电容器模型；背靠背的两个二极管模型；其中，背靠背的两个二极管模型包括第一二极管和第二二极管，第一二极管的正极和第二二极管的正极电连接，第一二极管的负极和第二二极管的负极分别与MIM电容器模型的其中两个极板电连接。方法包括：建立仿真MIM电容器漏电流的模型；导入MIM电容器的尺寸信息、电容器的个数以及仿真温度；关闭背靠背的两个二极管模型中的电容参数；分别调节背靠背的两个二极管模型中与二极管的反偏以及击穿区域相关的参数；提取二极管的漏电流，以作为MIM电容器的漏电流。本发明提供的仿真MIM电容器漏电流的模型及方法能仿真得到MIM电容器的漏电流。
附图说明
图1是现有技术的MIM电容器模型的示意图；
图2是本发明实施例的仿真MIM电容器漏电流的模型的示意图；
图3是本发明实施例的仿真MIM电容器漏电流的流程图；
图4和图5是本发明实施例的漏电流的仿真图；
图中：110-金属层下极板、120-金属层上极板、130-电介质层、210-金属层下极板、220-金属层上极板、230-电介质层、D1-第一二极管、D2-第二二极管。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在下文中，术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。
并且，应该理解，当层(或膜)、区域、图案或结构被称作在衬底、层(或膜)、区域和/或图案“上”时，它可以直接位于另一个层或衬底上，和/或还可以存在插入层。另外，应该理解，当层被称作在另一个层“下”时，它可以直接位于另一个层下，和/或还可以存在一个或多个插入层。另外，可以基于附图进行关于在各层“上”和“下”的指代。
请参照图2，本发明提供隔离一种仿真MIM电容器漏电流的模型，包括：
MIM电容器模型；
背靠背的两个二极管模型；
其中，背靠背的两个二极管模型包括第一二极管D1和第二二极管D2，第一二极管D1的正极和第二二极管D2的正极电连接，第一二极管D1的负极和第二二极管D2的负极分别与MIM电容器模型的其中两个极板电连接。
优选的，MIM电容器模型包括金属层上极板210、金属层下级板220以及位于金属层下极板和金属层上极板之间的电介质层230。MIM电容器模型的一些参数例如材料、大小以及第一二极管D1和第二二极管D2的材料和尺寸均根据实际情况调节设置。如果需要仿真的MIM电容器模型有多个，MIM电容器按照实际使用方式连接，例如多个MIM电容器从下至上重叠。
由于MIM电容器的工作电压是对称的，金属层上极板210到金属层下级板220的漏电流和金属层下级板220到金属层上极板210都可能有漏电流，因此，使用了两个二极管背靠背连接，使得两个方向的漏电流都可以仿真到。请继续参照图2，本发明实施例一中，第一二极管D1的负极与金属层上极板210电连接，第二二极管D2的负极与金属层下极板220电连接。本发明实施例二中，第一二极管D1的负极与金属层下极板220电连接，第二二极管D2的负极与金属层上极板210电连接。此处的第一二极管D1和第二二极管D2可以是相同的两个二极管。其相关参数相同，也可以一同控制。因此，两个二极管与金属层上极板210和金属层下极板220的具体连接方式可以不限制。
相应地，请参照图3，本发明还提供了一种仿真MIM电容器漏电流的方法，包括：
S11：建立仿真MIM电容器漏电流的模型；
S12：导入MIM电容器的尺寸信息、电容器的个数以及仿真温度；
S13：关闭背靠背的两个二极管模型中的电容参数；
S14：分别调节背靠背的两个二极管模型中与二极管的反偏以及击穿区域相关的参数；
S15：提取二极管的漏电流，以作为测试MIM电容器的漏电流。
其中，建立仿真MIM电容器漏电流的模型的方法包括：建立MIM电容器模型；建立背靠背的两个二极管模型；将MIM电容器模型和背靠背的两个二极管模型并联。如果是已经存在MIM电容器模型和背靠背的两个二极管模型，则可以直接调用。在本发明的其他实施例中，如果MIM电容器模型和背靠背的两个二极管模型不存在，可以直接建立如图2的仿真MIM电容器漏电流的模型，也可以分别建立MIM电容器模型和背靠背的两个二极管模型，再将两个模型并联在一起使用。模型建立完成之后，将背靠背的两个二极管模型CV参数关闭，即仿真的时候不能让二极管电容参数影响MIM电容器漏电流的提取。二极管击穿时就会产生漏电流，所以调整二极管的反偏以及击穿区域的相关参数，其中可以调整击穿电压，就可以调整漏电流出现的时间，如果将击穿电压的参数设为5V，漏电流就在5V时开始出现，如果将击穿电压的参数设为10V，漏电流就在10V时开始出现。
本发明实施例中，尺寸信息包括：MIM电容器的长度和MIM电容器的宽度。此处的长度和宽度是指金属层上极板和金属层下级板的相对部分的长度和宽度。由此，可以通过长度和宽度计算出MIM电容器的面积和MIM电容器的周长。当然，请参照图2，此处的MIM电容器的面积是指金属层上极板210和金属层下级板220的相对面积，MIM电容器的周长是指金属层上极板210和金属层下级板220的相对部分的周长。
本发明实施例中，设置的两个二极管的击穿电压相同。本发明实施例的击穿电压可以设置也可以通过调节参数来调节，具体的调节方式，可以根据实际建立模型时所提供的方法而定。
本发明实施例中，测试MIM电容器的漏电流之后，还包括输出：击穿电压和漏电流的仿真图。仿真图包括击穿电压和漏电流的相关性，横坐标为击穿电压(Vj)，纵坐标是漏电流(Ij)，可以得到不同击穿电压下的漏电流的值，并且还可以得到值的大小变化的走向。请参照图4，图4是MIM电容器的面积为2.25e-10nm2，周长是6e-5nm，长度是15nm，宽度是15nm，温度是25，个数是8时的漏电流仿真图。请参照图5，图5是MIM电容器的面积为4e-10nm2，周长是8e-5nm，长度是20nm，宽度是20nm，温度是25，个数是4时的漏电流的仿真图。横坐标是击穿电压，纵坐标是漏电流。可以从图4和图5中看出不同面积、周长和个数的MIM电容器仿真出来的漏电流不同，同时，不同的击穿电压对应的漏电流也不同。但是均可以明确地得到仿真出的MIM电容器的漏电流，总之，采用本发明实施例仿真MIM电容器漏电流的模型和仿真MIM电容器漏电流的方法，可以轻易地得到MIM电容器的漏电流，并且适应不同参数的MIM电容器仿真漏电流的情况，从而可以得到更广泛的应用。
综上，在本发明实施例提供的仿真MIM电容器漏电流的模型及方法中，模型包括：MIM电容器模型；背靠背的两个二极管模型；其中，背靠背的两个二极管模型包括第一二极管和第二二极管，第一二极管的正极和第二二极管的正极电连接，第一二极管的负极和第二二极管的负极分别与MIM电容器模型的其中两个极板电连接。方法包括：建立仿真MIM电容器漏电流的模型；导入MIM电容器的尺寸信息、电容器的个数以及仿真温度；关闭背靠背的两个二极管模型中的电容参数；分别调节背靠背的两个二极管模型中与二极管的反偏以及击穿区域相关的参数；提取二极管的漏电流，以作为MIM电容器的漏电流。本发明提供的仿真MIM电容器漏电流的模型及方法能仿真得到MIM电容器的漏电流。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿真MIM电容器漏电流的模型，其特征在于，包括：
MIM电容器模型；
背靠背的两个二极管模型；
其中，所述背靠背的两个二极管模型包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的正极和所述第二二极管的正极电连接，所述第一二极管的负极和所述第二二极管的负极分别与所述MIM电容器模型的其中两个极板电连接。
2.如权利要求1所述的仿真MIM电容器漏电流的模型，其特征在于，所述MIM电容器模型包括金属层上极板、金属层下级板以及位于所述金属层下极板和金属层上极板之间的电介质层。
3.如权利要求2所述的仿真MIM电容器漏电流的模型，其特征在于，所述第一二极管的负极与所述金属层上极板电连接，所述第二二极管的负极与所述金属层下极板电连接。
4.如权利要求2所述的仿真MIM电容器漏电流的模型，其特征在于，所述第一二极管的负极与所述金属层下极板电连接，所述第二二极管的负极与所述金属层上极板电连接。
5.一种仿真MIM电容器漏电流的方法，其特征在于，包括：
建立如权利要求1～4任一项所述的仿真MIM电容器漏电流的模型；
导入所述MIM电容器的尺寸信息、电容器的个数以及仿真温度；
关闭背靠背的两个二极管模型中的电容参数；
分别调节所述背靠背的两个二极管模型中与二极管的反偏以及击穿区域相关的参数；
提取所述二极管的漏电流，以作为所述MIM电容器的漏电流。
6.如权利要求5所述的仿真MIM电容器漏电流的方法，其特征在于，建立所述仿真MIM电容器漏电流的模型的方法包括：
建立MIM电容器模型；
建立背靠背的两个二极管模型；
将所述MIM电容器模型和所述背靠背的两个二极管模型并联。
7.如权利要求5所述的仿真MIM电容器漏电流的方法，其特征在于，所述尺寸信息包括：MIM电容器的长度和MIM电容器的宽度。
8.如权利要求5所述的仿真MIM电容器漏电流的方法，其特征在于，设置的两个二极管的击穿电压相同。
9.如权利要求5所述的仿真MIM电容器漏电流的方法，其特征在于，测试所述MIM电容器的漏电流之后，还包括输出：漏电流的仿真图。
10.如权利要求9所述的仿真MIM电容器漏电流的方法，其特征在于，所述仿真图包括击穿电压和漏电流的相关性。
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