第四次参数提取

MOSFET模型参数提取,池雅庆国防科技大学计算机学院微电子与微处理器研究所2012年5月,参考文献,BSIM3v3.2.2MOSFETModelUsersManual.MOSFETModelExtraction，TomasZahradnicky，CzechTechnicalUniversityinPrague.BSIM4DeviceModelingIntro，Accelicon.,提纲,3,MOS模型参数简介参数提取流程参数优化策略MBP使用简介,4,MOS模型参数简介,要正确地模拟、分析和设计MOS电路，MOS模型参数是非常重要的。对晶体管特性的精确描述不仅取决于好的器件模型，还取决于基本参数的准确性。模型参数的连续性和准确性在器件设计，工艺控制以及技术特征方面都至关重要。晶体管模型和一系列的模型参数极大限度地将集成电路设计者和代工厂联系起来。,5,MOS模型参数举例（1）,6,BSIM3v3模型参数（1）,版权声明,模型对象,版本,发布时间,该参数适用的模拟工具,该参数适用的MOS模型,该文件中包含的器件及其spice模拟时使用的名称,该参数适用的温度范围,不同模型在spice中的代号,7,8,BSIM3v3模型参数（2）,1.2V工作电压的NMOS模型参数,二极管类参数,名称n12，适用模型BSIM3v3,基本参数,阈值电压类参数,迁移率类参数,9,BSIM3v3模型参数（3）,亚阈电流类参数,噪声类参数,温度效应类参数,输出电阻类参数,电容类参数,应力类参数,10,BSIM3v3模型的偏差参数,典型情况,N12的偏差参数,P12的偏差参数,11,BSIM3v3模型参数的应用,SPICE模拟名称,使用n12作为mos的模型,电路连接,SPICE模拟控制参数,模拟不同Vg下的IdVd,使用的模型与参数，模拟典型情况,模拟使用的器件工作温度25,全局变量,提纲,12,MOS模型参数简介参数提取流程参数优化策略MBP使用简介,参数提取流程,13,制作不同尺寸的单管测试芯片测试各器件不同条件下的电学特性选取需要提取参数的器件模型提取器件参数,制作不同尺寸的单管测试芯片,14,MOS：对MOS器件，需要制作多个不同尺寸的器件，才能正确提取小尺寸效应的各类参数，使模型适用于大范围的器件尺寸。,确定器件尺寸（1）,制作不同尺寸的单管测试芯片,15,MOS：L：10um，1um，0.5um，0.35um，0.25um，0.18um，0.15um，0.14um，0.13umW：10um，1um，0.5um，0.35um，0.25um，0.18um，0.15um，0.14um电容（W*L*fingerum）：501、5050、152100、301100、600.5100二极管：类型：N+/sub、Nwell/sub、P+/Nwell尺寸（W*L*fingerum）：1001100、100100,确定器件尺寸（2）,制作不同尺寸的单管测试芯片,16,画器件版图,测试各器件电学特性,17,测试电流特性：Ids_Vgs_VbsVdsIds_Vds_VgsVbs测试电容特性：Cgg_Vgs_VbsCgc_Vgs_Vbs,测试各器件电学特性,18,Ids_Vgs_VbsVdsIds_Vds_VgsVbs,选取需要提取参数的器件模型,19,对于深亚微米MOS器件，可以使用BSIM3v3、BSIM4、PSP等模型。不同模型使用的参数不同，不能混合使用。0.18um及以上工艺，BSIM3v3适用0.13um及以下工艺，BSIM4适用,参数提取原理（1）,20,参数提取基本原理：,参数提取原理（2）,21,参数提取过程就是通过模拟退火、遗传算法等最优化算法改变各参数值，然后将参数代入模型公式得到特性曲线，将该曲线拟合实验结果曲线的过程。,参数提取软件,22,主要的参数提取软件：BSIMPro，AURORA，ICCAP，MODPEX，MBP,提取MOS器件参数,23,提取最大尺寸器件基本参数提取短沟道效应参数提取窄沟道效应参数提取与面积变化相关的参数以下以BSIM3的参数为例,提取最大尺寸器件基本参数（1）,24,提取基本阈值电压和迁移率Vth0、U0,提取最大尺寸器件基本参数（2）,25,提取迁移率退化一阶系数Ua、二阶系数Ub、体效应系数Uc,提取最大尺寸器件基本参数（3）,26,提取亚阈区关断电压Voff，亚阈变化因子Nfactor，表面陷阱电容Cit,提取最大尺寸器件基本参数（4）,27,优化基本阈值电压Vth0，提取一阶体效应系数K1，二阶体效应系数K2,提取最大尺寸器件基本参数（5）,28,提取饱和速度vsat，沟长相关的体电荷效应系数A0，栅偏置系数Ags，体电荷效应的体偏置系数Keta，有效Vds参数delta。,提取最大尺寸器件基本参数（6）,29,提取DIBL效应修正一阶输出电阻Pdiblc1和二阶输出电阻Pdiblc2,提取最大尺寸器件基本参数（6）,30,提取DIBL效应修正一阶输出电阻Pdiblc1和二阶输出电阻Pdiblc2,提取MOS器件参数,31,提取最大尺寸器件基本参数提取短沟道效应参数提取窄沟道效应参数提取与面积变化相关的参数,提取短沟道效应参数（1）,32,提取Vth的短沟道效应一阶系数Dvt0，二阶系数Dvt1，横向非均匀掺杂系数Nlx。如果效果不好，可以增加vth0关于沟长的系数lvth0,提取短沟道效应参数（2）,33,提取Vth的短沟道效应的体偏置系数2。如果效果不好，可以增加k2关于沟长的系数lk2。,提取短沟道效应参数（3）,34,从不同长度的Idvg线性区提取一系列长度相关参数（lint,ll,lln,rdsw,prwg,prwb）,提取短沟道效应参数（4）,35,从不同长度的Idvg亚阈区提取一系列长度相关参数：cdsc，cdscb,（lvoff，lnfactor）,提取短沟道效应参数（5）,36,从不同长度的Vth-L曲线提取DIBL的长度相关参数：Eta0，Dsub，Etab（体效应参数须用不同体偏置曲线拟合）,提取短沟道效应参数（6）,37,拟合不同体电压的曲线，优化修正所有短沟道效应相关参数（即与L有关的系数）。可以添加“L+参数名”形成新参数，作为该参数随L变化的一阶导数，使该参数与L相关。同理可加W（宽度）和P（面积）。,提取MOS器件参数,38,提取最大尺寸器件基本参数提取短沟道效应参数提取窄沟道效应参数提取与面积变化相关的参数,提取窄沟道效应参数（1）,39,提取Vth的窄沟道效应系数k3和窄沟道系数W0，可扩展系数wk3，wVht0。,提取窄沟道效应参数（2）,40,提取k3的体效应系数k3b，可增加wk2,提取窄沟道效应参数（3）,41,从不同宽度的Idvg线性区提取一系列宽度相关参数Wint,ww,wwn,dwg,dwb（须体偏置曲线）,可添加wUa,wUb,wUc。,提取窄沟道效应参数（4）,42,从不同宽度的Idvd饱和区提取一系列宽度相关参数：B0,B1（WA0,WAGS）,提取窄沟道效应参数（5）,43,优化Keta，可添加wketa,提取MOS器件参数,44,提取最大尺寸器件基本参数提取短沟道效应参数提取窄沟道效应参数提取与面积变化相关的参数,提取与面积变化相关的参数（1）,45,同时从L和W两个方向提取Dvt0w,Dvt1w,可添加lk3,pvth0,提取与面积变化相关的参数（2）,46,增加不同体偏置的vth曲线，同时从L和W两个方向提取Dvt2w,可添加pk2,pk3b,提取与面积变化相关的参数（3）,47,在线性区提取L和W的关联参数LW,WL,LWN,WLN,WWL,LWL，可添加各种面积相关参数PU0,PUA,PUB,PRDSW,PPRWG,PPRWB,PUC等（与体效应相关须增加体效应偏置曲线拟合）,提取与面积变化相关的参数（4）,48,优化饱和区各相关参数，可添加面积相关参数PA0,PAGS,PVSAT,PPDIBLC1,PPDIBLC2,提纲,49,MOS模型参数简介参数提取流程参数优化策略MBP使用简介,参数优化策略（1）,50,各参数提取的先后次序没有绝对固定的步骤，上述步骤只是一般步骤，须根据情况和经验调整。一般一次提取流程并不能达到完全拟合，须迭代优化。温度参数提取一般须测量25、最高温度和最低温度下的器件特性曲线，然后先提取25的参数，再类似L和W相关参数的提取方法，对T相关曲线提取T相关参数。,参数优化策略（2）,51,拟合优化原则：不以所有曲线的最大误差最小为目标，而以关键尺寸的器件工作的关键电压区域拟合误差最小为目标。器件关键特性如vth、vsat、gm等随L、W变化的趋势必须符合物理规律，不能随L、W变化有毛刺、奇点等存在。,参数优化策略（3）,52,BinningModel对于不同尺寸很难用统一模型参数拟合的情况，可以使用BinningModel的方法。不同的尺寸范围对应略有不同的参数。边界上不同参数计算出的特性必须相同。,BinningModel,53,BinningModel对于不同尺寸很难用统一模型参数拟合的情况，可以使用BinningModel的方法。,提纲,54,MOS模型参数简介参数提取流程参数优化策略MBP使用简介,MBP使用简介（1）,55,第一步：选取模型（会导入参数初始值）,MBP使用简介（2）,56,第二步：载入测量数据,MBP使用简介（3）,57,第三步：配置工艺参数Tox、Rsh、Nch、Xj、Tref,MBP使用简介（4）,58,第四步：按提取步骤提取各参数1.选取提取参数（参数表打勾）,MBP使用简介（5）,59,2.选取提取用曲线（右键可选导数等）,MBP使用简介（6）,60,3.选取提取用数据点（Ctrl+左键框选）,MBP使用简介（7）,61,4.点击“优化”按钮进行参数优化，还有一系列按钮进行“回退”、取消等操作。,MBP使用简介（8）,62,5.参数优化配置有上下界，当优化后参数显示变红，表示参数变化达到边界，可按参数左边的“+”扩大边界或在左边修改参数数值。,MBP使用简介（9）,63,6.如果需要改变使用的数据点，右键点击曲线区域，deselectallpoints,MBP使用简介（10）,64,7.当完成选取的参数的优化，取消参数表中该参数的勾，取消曲线区域对所有数据点的选取。8.选新参数，选新曲线和数据点，开始下一步优化。9.全部参数提取完成后，保存模型。（File-Model-Save）。下一次继续优化时，可以在打开软件选取模型后load该模型进一步优化。,MBP使用简介（11）,65,10.特殊曲线可在IMVPage中找到，如Vth-L,MBP使用简介