一种半导体器件建模方法及装置
阅读说明：本技术 一种半导体器件建模方法及装置 (Semiconductor device modeling method and device ) 是由 李垌帅 卜建辉 王成成 刘海南 赵发展 罗家俊 韩郑生 于 2021-03-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种半导体器件建模方法及装置,其中方法包括：基于BSIMSOI模型在器件模型漏端增加压控电阻,获得子电路模型；然后,基于子电路模型,提取子电路模型的模型参数。本发明通过在BSIMSOI模型的基础上进行改进,添加了一压控电阻后可有效的解决器件模型中由于欧姆接触和冻析效应所产生的偏差问题。(The invention discloses a modeling method and a device of a semiconductor device, wherein the method comprises the following steps: adding a voltage-controlled resistor at the drain terminal of the device model based on a BSIMSOI model to obtain a sub-circuit model; then, based on the sub-circuit model, model parameters of the sub-circuit model are extracted. The invention is improved on the basis of the BSIMSOI model, and the deviation problem generated by ohmic contact and freezeout effect in the device model can be effectively solved after the voltage-controlled resistor is added.)
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体器件建模方法及装置。
背景技术
模型是器件工艺与电路设计之间的桥梁。目前的工艺厂商仅能提供-40℃～80℃的工业级模型库，最多也只能提供符合军用的-55℃～125℃的器件模型。但是，在极低温下就需要考虑冻析效应对器件性能的影响，而目前对极低温下模型研究还比较少。目前业界主流的MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化层半导体场效晶体管)器件模型为BSIM模型，所对应的SOI(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)MOSFET器件模型为BSIMSOI模型。
其中，BSIMSOI模型中虽然包含了大部分的物理效应，但并未考虑冻析效应对器件性能的影响，欧姆接触在极低温下会肖特基化，电阻增大，而当施加的电压增大时，电阻变小。所以目前直接采用BSIMSOI模型进行建模和提取参数时，在极低温下会出现器件模型偏差。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种半导体器件建模方法及装置，可有效的解决器件模型中由于欧姆接触和冻析效应所产生的偏差问题。
第一方面，本申请通过一实施例提供如下技术方案：
一种半导体器件建模方法，包括：
基于BSIMSOI模型在器件模型漏端增加压控电阻，获得子电路模型；基于所述子电路模型，提取所述子电路模型的模型参数。
可选的，所述基于BSIMSOI模型在在器件模型漏端增加压控电阻，获得子电路模型，包括：
基于所述BSIMSOI模型，定义器件模型的漏端外部电压、漏端内部电压以及参数；基于所述漏端外部电压和所述漏端内部电压定义所述压控电阻，获得子电路模型；其中，所述压控电阻位于所述漏端外部电压与所述漏端内部电压之间。
可选的，所述参数包括：压控电阻对应的模型系数；所述基于所述子电路模型，提取所述子电路模型的模型参数，包括：
基于所述子电路模型、所述模型系数以及所述漏端外部电压，提取所述子电路模型的模型参数。
可选的，所述参数还包括：压控电阻对应的预设电压；所述基于所述子电路模型，提取所述子电路模型的模型参数，包括：
基于所述子电路模型、所述模型系数、所述漏端外部电压以及所述预设电压，提取所述子电路模型的模型参数。
可选的，所述基于所述子电路模型、所述模型系数、所述漏端外部电压以及所述预设电压，提取所述子电路模型的模型参数，包括：
基于所述漏端外部电压和所述预设电压，获得相关系数；其中，所述相关系数为所述漏端外部电压和所述预设电压之间的最小值；基于所述模型系数和所述相关系数，获得压控电阻的电阻模型；基于所述子电路模型和所述电阻模型，提取所述子电路模型的模型参数。
第二方面，基于同一发明构思，本申请通过一实施例提供如下技术方案：
一种半导体器件建模装置，包括：
模型构建模块，用于基于BSIMSOI模型在器件模型漏端增加压控电阻，获得子电路模型；参数提取模块，用于基于所述子电路模型，提取所述子电路模型的模型参数。
可选的，所述模型构建模块，具体用于：
基于所述BSIMSOI模型，定义器件模型的漏端外部电压、漏端内部电压以及参数；基于所述漏端外部电压和所述漏端内部电压定义所述压控电阻，获得子电路模型；其中，所述压控电阻位于所述漏端外部电压与所述漏端内部电压之间。
可选的，所述参数包括：压控电阻对应的模型系数；所述参数提取模块，具体用于：
基于所述子电路模型、所述模型系数以及所述漏端外部电压，提取所述子电路模型的模型参数。
可选的，所述参数还包括：压控电阻对应的预设电压；所述参数提取模块，还具体用于：
基于所述子电路模型、所述模型系数、所述漏端外部电压以及所述预设电压，提取所述子电路模型的模型参数。
第三方面，基于同一发明构思，本申请通过一实施例提供如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项所述方法的步骤。
本发明实施例中提供的一种半导体器件建模方法及装置，通过基于BSIMSOI模型在器件模型漏端增加压控电阻，获得子电路模型；然后，基于子电路模型，提取子电路模型的模型参数。在本实施例中通过在BSIMSOI模型的基础上进行改进，添加了一压控电阻后可有效的解决器件模型中由于欧姆接触和冻析效应所产生的偏差问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的
具体实施方式
。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1示出了本发明第一实施例提供的一种半导体器件建模方法的流程图；
图2示出了本发明第一实施例中压控电阻子电路和MOS管构成的子电路宏模型的结构示意图；
图3示出了本发明第一实施例中未增加压控电阻的器件模型拟合结果示意图；
图4示出了本发明第一实施例中增加压控电阻的器件模型拟合结果示意图；
图5示出了本发明第二实施例提供的一种半导体器件建模装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
第一实施例
请参见图1，图1示出了本发明第一实施例提供的一种半导体器件建模方法，该方法包括如下步骤：
步骤S10：基于BSIMSOI模型在器件模型漏端增加压控电阻，获得子电路模型。
在步骤S10中，首先可获取BSIMSOI模型，然后进行器件模型定义，如MOS管器件，并在器件模型的漏端增加压控电阻，该压控电阻随漏端外部电压变化而变化。具体的，可基于BSIMSOI模型，定义器件模型的漏端外部电压、漏端内部电压以及参数；基于漏端外部电压和漏端内部电压定义压控电阻，获得子电路模型；其中，压控电阻位于漏端外部电压与漏端内部电压之间，如图2所示，图2示出了压控电阻子电路和器件模型(MOS管)构成的子电路宏模型的结构示意图。具体的，还包括定义器件模型的源端、栅端、背栅，底端等等；参数包括拟合压控电阻的模型系数以及其他参数，如温度、沟道长度、迁移率等。
步骤S20：基于所述子电路模型，提取所述子电路模型的模型参数。
在步骤S20中，由于增加了压控电阻，因此提取参数时基于子电路模型、模型系数以及漏端外部电压，提取子电路模型的模型参数。更具体的，基于子电路模型、模型系数、漏端外部电压以及预设电压，提取子电路模型的模型参数。实现时，步骤如下：
首先，可基于漏端外部电压和预设电压，获得相关系数；其中，相关系数为漏端外部电压和预设电压之间的最小值；可表示为K＝min(V(d,s),vcon)，V(d,s)表示漏端外部电压，vcon为一设定的预设电压。然后，基于模型系数和相关系数，获得压控电阻的电阻模型，通过电阻模型可表征压控电阻的阻值随电压的改变，具体可表示为ppd0+ppd1*K+ppd2*K2+ppd3*K3+ppd4*K4，ppd0～ppd4为模型系数。最后，基于子电路模型和电阻模型，提取子电路模型的模型参数。其中提取模型参数时，在-196℃下按照业界标准的方法进行参数提取，包括直流参数。此外，提取的参数还包括电阻模型中的压控电阻对应的系数，工艺参数，沟道长度，沟道宽度，迁移率，温度等等。
在本实施例中通过增加压控电阻，并且通过相关系数对压控电阻随电压的变化进行表征。在漏端外部电压大于vcon时，压控电阻的阻值为定值，也即压控电阻的阻值在0～vcon范围内变化；当漏端外部电压大于vcon时，压控电阻的阻值保持不变。因此，通过在漏端外部电压较大时采用预设电压，实现压控电阻的分段表示，提高拟合的准确性。
代码示例如下：
.subckt nmos_sub d g s e p w＝'1u'l＝'1u'/其中，d g s e p分别表示定义nmos_sub子电路的漏端(对应漏端外部电压)、栅端、源端、背栅端以及底端，w、l分别表示定义器件模型的宽度和长度。
.param
+ppd0＝3.1E3 ppd1＝-5.4E3 ppd2＝3.8E3+ppd3＝0 ppd4＝0 vcon＝0.9/其中，ppd0～ppd4以及vcon分别表示参数。
K＝min(V(d,s),vcon)/V(d,s)表示漏端外部电压，vcon为一设定的预设电压，K取V(d,s)与vcon之间的最小值。由于欧姆接触在极低温下会肖特基化，电阻增大，而当施加的电压增大时，电阻变小。因此，本实施例中通过K可对压控电阻R1进行动态调整，实现对模型拟合时的饱和区、线性区的分区间控制，实现对肖特基化的有效拟合，提高了拟合的准确性，从而够提取到准确的参数。
M1 d1 g s e p nmos w＝w l＝l/表示定义使用BSIMSOI模型的mos管M1，其中，d1表示M1的漏端，并对应的内部电压。
R1 d d1'(ppd0+ppd1*K+ppd2*K2+ppd3*K3+ppd4*K4)'/表示定义压控电阻在d与d1节点之间，以及压控电阻的电阻表达式，通过参数ppd1～ppd4作为多项式的系数，从而可以拟合出由于欧姆电阻随电压变化的影响。
.ends nmos_sub
还需要说明的是，上述代码中vcon与工艺相关，可根据拟合情况调节。K值是取当前漏端外部电压与参数vcon的中最小的。如本示例的代码中，当漏端外部电压小于0.9V时，K＝V(d,s)；当漏端外部电压大于0.9V时，K＝0.9。
基于上述代码的例子进行拟合验证，可得到如图3和图4所示的结果。图3是未基于BSIMSOI模型添加压控电阻时的拟合结果，可以看出在同一栅端电压下，漏端外部电压较小时，漏端电流显著偏大，拟合结果较差。图4是基于BSIMSOI模型添加压控电阻后的拟合结果，可以看出在同一栅端电压下，漏端外部电压自小增大时均具有良好的拟合结果。因此，在本实施例中通过在BSIMSOI模型的基础上进行改进，添加了一压控电阻后可有效的解决器件模型中由于欧姆接触和冻析效应所产生的偏差问题。并且本实施例中基于BSIMSOI模型添加压控电阻的方式，不需要开发器件模型源代码，仍然使用原模型源代码。
第二实施例
请参阅图5，基于同一发明构思，本实施例中提供了一种半导体器件建模装置300。所述半导体器件建模装置300，包括：
模型构建模块301，用于基于BSIMSOI模型在器件模型漏端增加压控电阻，获得子电路模型；参数提取模块302，用于基于所述子电路模型，提取所述子电路模型的模型参数。
作为一种可选的实施方式，所述模型构建模块301，具体用于：
基于所述BSIMSOI模型，定义器件模型的漏端外部电压、漏端内部电压以及参数；基于所述漏端外部电压和所述漏端内部电压定义所述压控电阻，获得子电路模型；其中，所述压控电阻位于所述漏端外部电压与所述漏端内部电压之间。
作为一种可选的实施方式，所述参数包括：压控电阻对应的模型系数；所述参数提取模块302，具体用于：
基于所述子电路模型、所述模型系数以及所述漏端外部电压，提取所述子电路模型的模型参数。
作为一种可选的实施方式，所述参数还包括：压控电阻对应的预设电压；所述参数提取模块302，还具体用于：
基于所述子电路模型、所述模型系数、所述漏端外部电压以及所述预设电压，提取所述子电路模型的模型参数。
作为一种可选的实施方式，所述参数提取模块302，还具体用于：
基于所述漏端外部电压和所述预设电压，获得相关系数；其中，所述相关系数为所述漏端外部电压和所述预设电压之间的最小值；基于所述模型系数和所述相关系数，获得压控电阻的电阻模型；基于所述子电路模型和所述电阻模型，提取所述子电路模型的模型参数。
需要说明的是，本发明实施例所提供的一种半导体器件建模装置300，其具体实现及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
第三实施例
基于同一发明构思，本实施例中提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述第一实施例中任一项所述方法的步骤。
需要说明的是，本发明实施例所提供的一种计算机可读存储介质，其中程序被处理器执行时实现的方法及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，本实施例中未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系；单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。