用于提取集成电路器件的器件模型参数的方法和装置

技术领域

本申请涉及集成电路计算机辅助设计技术领域，更具体地，涉及一种用于提取集成电路器件的器件模型参数的方法和装置。

背景技术

半导体和集成电路技术的持续发展使得集成电路计算机辅助设计(CAD)或电子设计自动化(EDA)平台的重要性愈发突出。EDA平台的一个基础性功能是器件模型的参数提取，也即基于一些标准器件模型来提取以特定集成电路制程制造的半导体器件的模型参数。在经提取得到模型参数后，结合对应的标准器件模型，半导体器件的各种工作特性就可以被以数学的方式描绘，从而用于后续电路设计时的器件仿真。

BSIM模型是由美国加州大学伯克利分校开发的金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)模型，其适用于数字和模拟电路设计和仿真。在实际的参数提取操作中，可以通过选取与实际MOSFET器件对应的各种BSIM模型(例如BSIM4、BSIM-Bulk、BSIM-CMG等)来处理MOSFET器件的测试数据(例如，不同尺寸MOSFET的I-V曲线、C-V曲线等)，MOSFET器件的模型参数就可以被提取出来。

然而，为了提高模型参数的准确性，模型参数提取往往需要处理大量的测试数据，因此模型参数提取操作通常需要耗费大量的时间，并且需要占用大量的计算资源。

因此，有必要提供一种改进的器件模型参数提取方法和装置。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种用于集成电路器件的器件模型参数提取方法和装置。

根据本申请的一个方面，提供了一种用于提取集成电路器件的器件模型参数的方法，包括：提供针对所述集成电路器件的测试数据集，所述测试数据集包括在多组测试条件下对所述集成电路器件进行测试得到的多个测试数据，其中每组测试条件包括多个测试条件的组合；提供提取条件设置界面，所述提取条件设置界面包括多个提取条件域，其中每个提取条件域对应于一个测试条件；接收用户输入，所述用户输入用于对所述提取条件设置界面的多个提取条件域中的至少一个提取条件域进行设置或选择提取条件变量；至少基于所述用户输入设置或选择的提取条件变量生成一个提取条件模板，并且利用所述提取条件模板从所述测试数据集中筛选对应的测试数据以生成自定义测试数据集；以及用所述自定义测试数据集对所述集成电路器件的器件模型进行拟合，以生成所述集成电路器件的器件模型参数。

在本申请的另一方面，还提供了一种用于提取集成电路器件的器件模型参数的方法，包括：提供针对所述集成电路器件的测试数据集，所述测试数据集包括在多组测试条件下对所述集成电路器件进行测试得到的多个测试数据，其中每组测试条件包括多个测试条件的组合；接收用户输入，所述用户输入用于选择提取条件模板，所述提取条件模板包括一组提取条件变量；利用所述提取条件模板从所述测试数据集中筛选符合所述一组提取条件变量的一组测试条件下测试得到的测试数据，以生成自定义测试数据集；以及用所述自定义测试数据集对所述集成电路器件的器件模型进行拟合，以生成所述集成电路器件的器件模型参数。

以上为本申请的概述，可能有简化、概括和省略细节的情况，因此本领域的技术人员应该认识到，该部分仅是示例说明性的，而不旨在以任何方式限定本申请范围。本概述部分既非旨在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非旨在用作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。

附图说明

通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，将会更加充分地清楚理解本申请内容的上述和其他特征。可以理解，这些附图仅描绘了本申请内容的若干实施方式，因此不应认为是对本申请内容范围的限定。通过采用附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。

图1示出了根据本申请一个实施例的4个电流-电压曲线(具体为输出特性曲线)的示意图；

图2示出了根据本申请一个实施例的提取条件设置界面；

图3示出了根据本申请一个实施例的用于提取集成电路器件的器件模型参数的方法300；

图4示出了根据本申请一个实施例的用于提取集成电路器件的器件模型参数的方法400。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参考了构成其一部分的附图。在附图中，类似的符号通常表示类似的组成部分，除非上下文另有说明。详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施方式并非旨在限定。在不偏离本申请的主题的精神或范围的情况下，可以采用其他实施方式，并且可以做出其他变化。可以理解，可以对本申请中一般性描述的、在附图中图解说明的本申请内容的各个方面进行多种不同构成的配置、替换、组合，设计，而所有这些都明确地构成本申请内容的一部分。

本申请的发明人发现，针对集成电路器件的器件模型的参数提取处理通常是由各个集成电路制造公司根据其能够提供的集成电路制程来进行的，因为他们提供的集成电路器件的实际性能依赖于对应的集成电路制程。然而，不同公司的操作人员可能会根据个人的工作经验和软件使用习惯、公司的参数提取要求等因素而进行差异化的参数提取操作。为了满足这种使用要求上的差异化，器件模型参数提取软件通常提供了相当数量的参数提取条件供操作人员选择和设置，这在提高了参数提取过程灵活性的同时，使得设置操作变得过于繁琐，增加了操作设置的时间，并且不同操作之间的复用性较差，难以形成适合特定操作人员或用户的标准化的参数提取条件设置。

为了解决上述问题，本申请的发明人在器件模型参数提取软件中增加了可以预先定义的参数提取条件设置功能。在软件执行模型参数提取的计算处理之前，软件的操作人员可以选择或设置各种用于参数提取的提取条件，并且可以将一组所选择或设置的提取条件保存起来。这样，在执行完一次参数提取的计算之后，操作人员如果希望延用相同的一组参数提取条件，那么他们可以在进行下一次参数提取的计算处理之前调用预先保存的提取条件；或者如果不同的操作人员希望统一采用某个参数提取处理，那么他们只要相互分享预先保存的一组参数提取条件即可。这使得参数提取处理的标准化和可复用性成为可能，并且也并未降低条件设置的灵活性，操作人员仍然可以根据个人需要调整参数提取的各种条件。

可以理解，根据本申请的实施例的用于提取集成电路器件的器件模型参数的方法可以用于各种集成电路器件和对应的器件模型。在一些实施例中，集成电路器件是选自下述组中的一种器件：MOSFET晶体管、SOI(绝缘体上硅)晶体管、FinFET(鳍式场效应晶体管)晶体管、BJT(双极性)晶体管、HBT(异质结)晶体管、TFT(薄膜晶体管)晶体管、MESFET(金属半导体接触场效应晶体管)晶体管、二极管、电阻或电感等；器件模型可以是选自下述组中的一种器件模型：BSIM3、BSIM4、BSIM6、BSIM-CMG、BSIM-IMG、BSIMSOI、UTSOI、HiSIM2、HiSIM_HV、PSP、GP-BJT或RPI TFT。例如，对于MOSFET晶体管，其对应的器件模型可以是BSIM3、BSIM4、BSIM6或其他已知的标准模型或非标准模型。可以理解，上述器件模型仅仅是示例性的，在实际应用中，可以根据需要选择与集成电路器件对应的模型。

MOSFET晶体管是集成电路中最常用的器件之一，因此在本申请下面的实施例中，均以集成电路器件为MOSFET晶体管为例进行说明。但是本领域技术人员可以理解，本申请的应用并不限于此。

表1示出了一种用于描述MOSFET晶体管特性的BSIM模型BSIM 4.6.4标准的一些主要参数，在参数提取处理中，即是通过处理MOSFET晶体管的实际测试数据来计算得到这些参数的值。

表1 BSIM 4.6.4模型的主要参数

在选取确定适用的器件模型之后，为了提取模型参数，还需要提供与集成电路器件对应的测试数据，这些测试数据通常是在不同的测试条件下对集成电路器件进行测试所获得的。在一些实施例中，测试条件可以是集成电路器件的不同尺寸(例如不同的沟道长度、沟道宽度)、不同的电压偏置条件(例如体区和源极之间的偏置电压Vbs，不同的源极和漏极电压Vds等等)或者不同的温度条件等。不同类型的测试条件可以被组合为一组测试条件，该测试条件用于描述被测集成电路器件的物理特性和测试环境，例如器件的沟道长度、宽度以及体偏电压等等。需要说明的是，在此所述的集成电路器件并非指某个特定的实体器件，而是指采用同一集成电路制程制备得到的一类器件的总称。例如，采用同一制程制备而差别仅在于沟道宽度的两个集成电路器件可以认为是同一集成电路器件。

在每组测试条件下对集成电路器件进行测试可以产生对应的测试数据，这些测试数据例如可以包括电流-电压曲线、电容-电压曲线或者衍生电学参数等多种类型的数据中的一种或多种。在一些实施例中，测试数据可以是电流-电压曲线，相应地，测试数据集可以包括一个或多个电流-电压曲线(电流例如为漏极电流Id、栅极电流Ig、体电流Ib、源极电流Is等)。换言之，多组测试条件下测试得到的测试数据可以构成一个测试数据集。在下述的实施例中，均以测试数据为电流-电压曲线为例进行说明，但是本领域技术人员可以理解，在一些其他的实施例中，测试数据可以根据进行测试时的测试条件和测试需求而变化或调整，本申请并不限于此。例如，衍生电学参数可以包括Idin、饱和漏电流Idsat、最大跨导maxGm、Vtlin、饱和阈值电压Vtsat、Vtgm等参数，也可以包括Gm、Gds等电学输出参数。关于这些参数的更多介绍，也可以参考BSIM模型或其他模型中的说明。这些电学参数可能随电压变化。

以PMOS晶体管为例，一般可以进行以下几项测试，以用于进行的器件模型参数提取：

1)当Vds＝-0.05V时，在不同的体偏电压Vbs下漏源电流Ids随栅极电压变化的测试，即用于测试得到不同体偏电压下的线性区转移特性曲线；被测集成电路器件此时工作于线性区是因为Vds(即漏源电压)＝-0.05V；

2)当Vds＝-Vdd(Vdd是某个具体的电源电压值)时，在不同的体偏电压Vbs下漏源电流Ids随栅极电压变化的测试，即用于测试得到不同体偏电压下的饱和区转移特性曲线；被测集成电路器件此时工作于饱和区是因为Vds＝-Vdd；

3)当体偏电压Vbs＝0时，在不同的栅极电压Vgs下漏源电流Ids随漏源电压Vds变化的测试，即用于测试得到器件的输出特性曲线；

4)当体偏电压Vbs＝Vbb(Vdd是某个具体的电源电压值)时，在不同的栅极电压Vgs下漏源电流Ids随漏源电压Vds变化的测试，即用于测试得到器件的输出特性曲线。

图1示出了根据本申请一个实施例的4个电流-电压曲线(具体为输出特性曲线)的示意图，其中这4个电流-电压曲线测试时对被测器件施加的体偏电压不同，分别为-0.36V、-0.72V、-1.08V以及-1.44V，而其他测试条件是相同的，包括沟道宽度W为10微米、沟道长度L为10微米、温度25摄氏度以及漏源电压Vds为0.1V。

可以理解，在提供不同的多组测试条件的情况下，可以分别获得与图1所示的曲线类似的多个电流-电压曲线。这些电流-电压曲线组成了针对待参数提取的集成电路器件的测试数据集。

然而，由于测试条件的类型较多，并且针对同一个测试条件可以设置的条件变量也可以不同，例如沟道长度可以为1微米、2微米、3微米、10微米、20微米、50微米、10等微米，等等，温度可以为0摄氏度、5摄氏度、10摄氏度、20摄氏度、25摄氏度、30摄氏度、40摄氏度、50摄氏度，等等。这些不同条件变量组合后形成的测试条件的组合的数量众多。这样，数量众多的多组测试条件下测试得到的电流-电压曲线数量相当多，由此形成的测试数据集的容量相当大。在此基础上进行器件模型参数的提取需要耗费大量的计算资源和时间。

因此，在本申请的一个实施例中，通过在器件模型参数提取软件中提供提取条件设置界面，并且将操作人员通过该提取条件设置界面输入条件变量组合成提取条件模板，即可得到由操作人员自定义的一组测试条件。这个提取条件模板可以被保存起来，以供其他模型参数提取处理时重复使用。可以理解，操作人员可以根据参数提取的实际需求生成多个提取条件模板，以在不同的参数提取处理中使用。此外，在一些实施例中，操作人员可以将多个提取条件模板组合为一组提取条件模板，这些提取条件模板可以分别对应于一组待提取的模型参数中的一部分，换言之，不同的提取条件模板可以有重点地用于某些模型参数的提取，这将一个器件模型的参数提取任务分拆为多个子提取任务进行；由于每个子提取任务待提取的模型参数数量减少，每个子提取任务的计算量显著降低，因此即使从多个子提取任务整体总和来看，其耗费的计算处理时间相比于原有不分拆情况下的参数提取处理时间也是显著缩短的。

图2示出了根据本申请一个实施例的提取条件设置界面。如图2所示，该提取条件设置界面的左侧包括多个提取变量域，例如最小沟道长度Lmin、最大沟道长度Lmax、最小沟道宽度Wmin、最大沟道宽度Wmax等。在图2所示的实施例中，提取变量域还包括一些其他可选择的预先定义的变量，如下表2即示出了一些图2中的提取变量域的示例。

表2提取变量域的一些示例

相应地，提取条件设置界面的右侧则包括了多个提取变量输入框，操作人员可以通过这些输入框设置或选择与提取变量域对应的提取条件变量。例如，在图2中，最小沟道长度Lmin被设置为0.0，最大沟道长度Lmax被设置为1e4(um)，最小沟道宽度Wmin被设置为0.0，而最大沟道宽度Wmax被设置为1e4(um)。这样，至少基于上述提取条件变量即可生成提取条件模板，该提取条件模板限定了沟道长度的范围为0.0至1e4(um)，而沟道宽度的范围也为0.0至1e4(um)。可以理解，提取条件模板还可以包括其他提取变量域对应的提取变量值，例如温度值。在一些实施例中，提取条件设置界面可以要求操作人员提供的用户输入中包括每一项可设置或选择的提取条件变量，并且如果用户输入中未包括一项或多项提取条件变量则提取条件设置界面可以显示实时的操作提醒；在另一些实施例中，提取条件设置界面也可以不要求用户输入中包括每一项可设置或选择的提取条件变量：对于未设置或选择的提取条件变量，提取条件设置界面可以根据预先设定的提取条件变值作为默认值，这样，一部分用户设置或选择的提取条件变量与另一部分预设提取条件变量组合，生成了对应的提取条件模板。在一些实施例中，提取条件模板可以采用配置文件的形式，其例如存储一组提取条件变量。

在一些实施例中，操作人员可以通过提取条件设置界面输入自定义模板标识，例如模板名称，该自定义模板标识可以与提取条件模板相互关联并且存储。自定义模板标识可以使得与其关联的提取条件模板更容易识别。例如，图2所示的提取条件设置界面中的“name”域被设置为“3corners”。

上述生成的提取条件模板可以被应用于测试数据集，以从中筛选符合该提取条件模板中规定的提取条件的电流-电压曲线。之后，筛选得到电流-电压曲线的集合可以作为自定义测试数据集。由于筛除了不符合条件的电流-电压曲线，因此相比于未作筛选的测试数据集，自定义测试数据集中包括的电流-电压曲线数量较少。

可以理解，在一些实施例中，经由提取条件模板筛选，多条电流-电压曲线中的一部分曲线被筛除；在另一些实施例中，取决于所设置的提取条件，一条或多条电流-电压曲线中的曲线分段，也即一些曲线的一部分分段被筛除。例如，完整的输出特性曲线的栅极电压的范围为0-1V，而经筛选后可以将该输出特性曲线中栅极电压为0.9V至1V的分段筛除，而仅保留栅极电压为0V至0.9V的分段。需要说明的是，在实际测试中，测试数据通常仅包括离散的测试数据(在离散的输入电压下测量的结果，例如图1所示)，因此在此所述的曲线实质上是对离散测试数据的拟合曲线。

在确定自定义测试数据集之后，可以用自定义测试数据集对集成电路器件的器件模型进行拟合，以生成集成电路器件的器件模型参数。关于具体的器件模型参数提取方法，可以使用现有或今后适用的任何方法，本申请的重点不在于此，也不对其进行限制。由于自定义测试数据集中包括的测试数据少于原始的测试数据集，因此进行模型拟合和参数提取计算所需的计算资源和时间都大大降低，这有效地提高了处理效率。

正如前述，经操作人员设置生成的提取条件模板可以被保存，以分享给其他操作人员，或者留备后续使用。相应地，在一些实施例中，可以调用已存储的提取条件模板来对其他的测试数据集进行筛选，并生成另一个自定义测试数据集。之后，可以对用这个自定义测试数据集对集成电路器件的器件模型进行拟合，以生成相应的器件模型参数。

图3示出了根据本申请一个实施例的用于提取集成电路器件的器件模型参数的方法300。该方法300涉及设置提取条件模板的过程。如图3所示，该方法300包括：

在步骤302，提供针对所述集成电路器件的测试数据集，所述测试数据集包括在多组测试条件下对所述集成电路器件进行测试得到的多个电流-电压曲线，其中每组测试条件包括多个测试条件的组合；

在步骤304，提供提取条件设置界面，所述提取条件设置界面包括多个提取条件域，其中每个提取条件域对应于一个测试条件；

在步骤306，接收用户输入，所述用户输入用于对所述提取条件设置界面的多个提取条件域中的至少一个提取条件域进行设置或选择提取条件变量；

在步骤308，至少基于所述用户输入设置或选择的提取条件变量生成一个提取条件模板，并且利用所述提取条件模板从所述测试数据集中筛选对应的电流-电压曲线以生成自定义测试数据集；以及

在步骤310，用所述自定义测试数据集对所述集成电路器件的器件模型进行拟合，以生成所述集成电路器件的器件模型参数。

在一些实施例中，所述集成电路器件是场效应晶体管，所述电流-电压曲线包括输入特性曲线和转移特性曲线。

在一些实施例中，所述集成电路器件是选自下述组中的一种器件：MOSFET晶体管、SOI晶体管、FinFET晶体管、BJT晶体管、HBT晶体管、TFT晶体管、MESFET晶体管、二极管、电阻或电感。

在一些实施例中，所述集成电路器件的器件模型是选自下述组中的一种器件模型：BSIM3、BSIM4、BSIM6、BSIM-CMG、BSIM-IMG、BSIMSOI、UTSOI、HiSIM2、HiSIM_HV、PSP、GP-BJT或RPI TFT。

在一些实施例中，至少基于所述用户输入设置或选择的提取条件变量生成一个提取条件模板的步骤进一步包括：对于所述多个提取条件域中未被用户输入所设置或选择的提取条件域，提供预设提取条件变量；以及将所述预设提取条件变量与所述用户设置或选择的提取条件变量组合，以生成所述提取条件模板。

在一些实施例中，所述方法还包括：提供自定义模板标识；以及将所述自定义模板标识与所述提取条件模板相关联，并存储所述提取条件模板。

在一些实施例中，所述自定义测试数据集包括所述测试数据集的多个电流-电压曲线中的一部分电流-电压曲线和/或包括一个或多个电流-电压曲线中的曲线分段。

图4示出了根据本申请一个实施例的用于提取集成电路器件的器件模型参数的方法400。该方法400涉及使用预先保存的提取条件模板的过程。如图4所示，该方法400包括：

在步骤402，提供针对所述集成电路器件的测试数据集，所述测试数据集包括在多组测试条件下对所述集成电路器件进行测试得到的多个电流-电压曲线，其中每组测试条件包括多个测试条件的组合；

在步骤404，接收用户输入，所述用户输入用于选择提取条件模板，所述提取条件模板包括一组提取条件变量；

在步骤406，利用所述提取条件模板从所述测试数据集中筛选符合所述一组提取条件变量的一组测试条件下测试得到的电流-电压曲线，以生成自定义测试数据集；以及

在步骤408，用所述自定义测试数据集对所述集成电路器件的器件模型进行拟合，以生成所述集成电路器件的器件模型参数。

在一些实施例中，本申请还提供了一些计算机程序产品，其包括非暂态计算机可读存储介质。该非暂态计算机可读存储介质包括计算机可执行的代码，用于执行图3或图4所示的方法实施例中的步骤。

本申请的实施例可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本申请的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于提取集成电路器件的器件模型参数的方法或装置的若干模块或子模块、步骤或子步骤，但是这种划分仅仅是示例性的而非强制性的。实际上，根据本申请的实施例，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中具体化。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。

本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一”、“一个”不排除复数。在本申请的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。