基于BSIM4模型的MOSFET模型参数范围自动化检查方法

技术领域

本发明涉及半导体场效应晶体管技术领域，尤其涉及一种基于BSIM4模型的MOSFET模型参数范围自动化检查方法。

背景技术

MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)是集成电路中用量最大、使用最广的器件单元之一。它通过栅压(Vgs)来影响漏源电流(Ids)，进而实现对器件工作状态的精确控制。以MOSFET为基础，人们不仅开发出各具所长的新型器件，如HEMT、VDMOS、FinFET、IGBT等，还设计了各种电路模块，包括寄存器、锁存器、DRAM、SRAM、FLASH等，使得集成电路可以实现不同的功能，满足多样化的需求。

BSIM4是基于物理原理建立的MOSFET集约模型，其模型参数具备一定的物理内涵，因此具有一定的取值范围限制。然而，模型对于计算机来说仅仅具有数学意义，其物理意义是隐含的。在参数提取过程中，很容易出现这样一种情况：算法提取出任意一组模型参数，从器件性能曲线的拟合上来说，它是数学上的更优解，具有更好的样本残差。但是，这组参数在物理上并不一定具有相应的意义，这导致模型参数在物理意义上不稳定。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种基于BSIM4模型的MOSFET模型参数范围自动化检查方法，以解决现有的MOSFET模型的算法提取出任意一组模型参数后，该组参数在物理上并不一定具有相应的意义，导致模型参数在物理意义上不稳定的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种基于BSIM4模型的MOSFET模型参数范围自动化检查方法，包括：

读取第一文件；

读取第二文件；

基于所述第二文件中的当前参数对应的错误边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否通过；

若所述第一文件中的当前参数取值通过，则基于所述第二文件中的警告边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否符合物理要求。

可选地，所述第一文件为模型参数文件，所述第二文件为参数取值范围文件。

可选地，若所述第一文件中的当前参数取值通过，则基于所述第二文件中的警告边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否符合物理要求之后还包括：

对所述第一文件中的所有参数依次执行：

基于所述第二文件中的当前参数对应的错误边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否通过；

若所述第一文件中的当前参数取值通过，则基于所述第二文件中的警告边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否符合物理要求。

可选地，所述第一文件由模型参数提取获得，所述第一文件中包含所有的模型参数和参数取值。

可选地，所述第二文件为自编写文件，所述参数取值范围文件中包含参数需要满足的取值范围。

可选地，基于所述第二文件中的当前参数对应的错误边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否通过包括：

若所述第一文件中的前参数取值不满足位于所述第二文件的当前参数对应的错误边界的范围内，则判断参数取值出现严重错误；

分析不满足范围的原因；

修改参数提取策略；

重新进行参数提取。

可选地，若所述第一文件中的当前参数取值通过，则基于所述第二文件中的警告边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否符合物理要求包括：

若所述第一文件中的前参数取值不满足位于所述第二文件的警告边界内，则继续判断被警告参数取值在当前的情况下是否合理；

若判断被警告参数取值在当前的情况下合理，则忽略警告提示，检查流程结束；

若判断被警告参数取值在当前的情况下不合理，则需要改进参数提取策略，重新进行参数提取。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明利用该方法在模型参数提取之后，到输入SPICE工具进行电路仿真之前，利用基于所述第二文件中的当前参数对应的错误边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否通过；若所述第一文件中的当前参数取值通过，则基于所述第二文件中的警告边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否符合物理要求。这样，通过两步分别进行判断，对提取出的模型参数取值进行检查，以便及时发现并修正模型参数中存在的问题，保证模型质量，为器件性能仿真提供准确、可靠的模型库。解决了模型参数在物理意义上不稳定的技术问题。

附图说明

图1为本发明的所述自动化检查方法的示意性流程图；

图2为使用本发明的所述自动化检查方法的器件(a)在Vbs＝-1.5V条件下的MOSFET输出曲线性能曲线图；

图3为使用本发明的所述自动化检查方法的器件(b)在Vbs＝0V条件下的MOSFET输出曲线图；

图4为使用本发明的所述自动化检查方法的器件(c)在Vds＝0.05V条件下的MOSFET转移曲线图；

图5为使用本发明的所述自动化检查方法的器件(d)在Vds＝1.5V条件下的MOSFET转移曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的区域。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在附图中示出了根据本发明实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的区域。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

对于不涉及本发明改进点的已有部件，将简单介绍或者不介绍，而重点介绍相对于现有技术做出改进的组成部件。

参见图1至图4，本实施例提供了一种基于BSIM4模型的MOSFET模型参数范围自动化检查方法，包括：

读取第一文件；

读取第二文件；

基于所述第二文件中的当前参数对应的错误边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否通过；

若所述第一文件中的当前参数取值通过，则基于所述第二文件中的警告边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否符合物理要求。

本发明利用该方法在模型参数提取之后，到输入SPICE工具进行电路仿真之前，利用基于所述第二文件中的当前参数对应的错误边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否通过；若所述第一文件中的当前参数取值通过，则基于所述第二文件中的警告边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否符合物理要求。这样，通过两步分别进行判断，对提取出的模型参数取值进行检查，以便及时发现并修正模型参数中存在的问题，保证模型质量，为器件性能仿真提供准确、可靠的模型库。解决了模型参数在物理意义上不稳定的技术问题。

进一步地，所述第一文件为模型参数文件，所述第二文件为参数取值范围文件。

进一步地，若所述第一文件中的当前参数取值通过，则基于所述第二文件中的警告边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否符合物理要求之后还包括：

对所述第一文件中的所有参数依次执行：

基于所述第二文件中的当前参数对应的错误边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否通过；

若所述第一文件中的当前参数取值通过，则基于所述第二文件中的警告边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否符合物理要求。

进一步地，所述第一文件由模型参数提取获得，所述第一文件中包含所有的模型参数和参数取值。

进一步地，所述第二文件为自编写文件，所述参数取值范围文件中包含参数需要满足的取值范围。

进一步地，基于所述第二文件中的当前参数对应的错误边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否通过包括：

若所述第一文件中的前参数取值不满足位于所述第二文件的当前参数对应的错误边界的范围内，则判断参数取值出现严重错误；

分析不满足范围的原因；

修改参数提取策略；

重新进行参数提取。

进一步地，若所述第一文件中的当前参数取值通过，则基于所述第二文件中的警告边界，判断所述第一文件中的当前参数取值是否符合物理要求包括：

若所述第一文件中的前参数取值不满足位于所述第二文件的警告边界内，则继续判断被警告参数取值在当前的情况下是否合理；

若判断被警告参数取值在当前的情况下合理，则忽略警告提示，检查流程结束；

若判断被警告参数取值在当前的情况下不合理，则需要改进参数提取策略，重新进行参数提取。

这里的第一文件命名为F1，第二文件命名为F2。F1由模型参数提取获得，里面包含了所有的模型参数和参数取值p。F2为自编写文件，里面包含了参数需要满足的取值范围，即当前参数对应的错误边界[f1,f2]和警告边界[w1,w2]。然后进行判断：当前参数取值p是否满足位于[f1,f2]范围内。

如果不满足，则参数取值出现严重错误，需要分析原因，改进参数提取策略，重新进行参数提取。如果满足，则进入下一个判断：当前参数取值p是否满足位于[w1,w2]范围内。如果满足，则整个检查通过，参数取值符合物理要求。

如果不满足，则需要进行判断：被警告参数取值在当前的情况下是否合理。

如果判断合理，则忽略警告提示，检查流程结束。如果判断不合理，则也需要改进参数提取策略，重新进行参数提取。

对所有的参数依次执行以上的检查流程，即为一次完整的模型参数检查。

文件F2中定义了参数需要满足的取值范围。表1列举了所有的待检查参数、参数物理意义、缺省值、各参数对应的警告边界[w1,w2]和错误边界[f1,f2]。表1中省略的为没有边界，即±∞，上/下边界没有限制。下面以vth0为例进行说明。对于参数vth0(V

另外，本实施例中给出了示例，通过了整个检查流程的MOSFET模型参数如表2所示，对应的输出和转移特性曲线如图2至图5所示。

另外，需要说明的是，图2至图5中，W＝0.18μm，L＝0.17μm的MOSFET在T＝25℃下IV特性曲线。其中空心方框为实验测试数据点，曲线为模型拟合数据。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和区域的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护区域之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求区域和边界、或者这种区域和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

表1待检查参数、参数物理意义、缺省值及取值范围

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表2MOSFET模型参数示例

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