[发明专利]可描述高低温失配特性的晶体管模型的仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体数字或模拟电路的设计领域，特别是指一种可描述高低温失配特性的晶体管模型。本发明还涉及所述可描述高低温失配特性的晶体管模型的仿真方法。

背景技术

器件工艺失配误差近年来越来越倍受关注，工艺失配随机误差主要分为两部分：1、主要针对于器件版图上的尺寸大小和实际工艺中的尺寸之间微小的差异而造成的相同器件之间的电学特性的差异；2、主要为相同器件之间的制造工艺误差而造成的电学特性之间的差异。综合来说，对相同器件之间的差异起影响作用的因素主要有：

a.栅氧厚度的微小差异；

b.栅长和栅宽的失配误差；

c.MOS器件开启电压之间的差异(受注入条件，电荷杂质能因素影响)；

d.沟道区域的迁移率的差异；

e.环境温度的变化引起相邻器件之间差异变化。

如图1A所示，ΔIdsat失配程度随器件面积变化趋势图，横坐标为器件的尺寸的面积根号的倒数，纵坐标为饱和电流ΔIdsat的失配度，图中每个点都经过上百个样本测试数据ΔIdsat的方差值，实线代表这些方差值所做的趋势线，虚线代表模型仿真得到的趋势线，两者越接近表示模型失配精度越高。图1B所示为Δvt失配程度随器件面积变化趋势图，横坐标为器件的尺寸的面积根号的倒数，纵坐标为开启电压Δvt的失配度，图中每个点都经过上百个样本测试数据Δvt的方差值，实线代表这些方差值所做的趋势线，虚线代表模型仿真得到的趋势线，两者越接近表示模型失配精度越高。

随着设计要求的提高，对模型精度的要求不仅仅体现在电学特性上，还要求能够反映由于工艺的失配造成的特性误差。半导体厂商提供的SPICE模型通常除了描述工艺水准的上下限以外，有时还会提供常温情况下比较简单的失配模型以描述相邻器件之间的电特性失配误差。但事实上随着环境温度的变化，相邻器件之间的电特性差异也会跟着改变。

目前业界采取的失配晶体管模型都是以描述常温条件下晶体管失配特性的基础上建立的宏模型，这类宏模型通过对晶体管的模型参数添加修正公式，将SPICE仿真器中随机高斯函数和自定义系数加入修正公式中，这些修正公式中，自定义系数和随机高斯函数的乘积同晶体管根号面积成反比，通过该修正公式，可以较好的描述常温条件下晶体管失配特性同尺寸的关系趋势。

假定一个器件参量P是由q1,q2,..,qn等工艺参数所决定的函数。即：P＝f(q1,q2,q3,…,qn),如果两个相同的器件之间的每个工艺参数都存在微小差别，则参量P的误差σ表达式为：

从理论上看，在两个相同的器件之间比较，这些参数的随机误差是和器件的器件维数尺寸是成反比的，如果器件的尺寸较大，则器件的σ_Δvt²就比较小，反之器件的尺寸较小，则器件的σ_Δvt²就比较大。因此误差统计公式可以写成：

其中S1,q是面积修正系数。

根据上述公式，可以将BSIM3模型参数中的参数添加修正公式，

例如：

其中avth0是与尺寸有关的修正系数，agauss(0,1,1)是SPICE内建的正态统计分布函数，其括号中(0，1，1)的0表示分部函数的中心值在0，括号第2项中的1表示正态统计分布函数曲线从中心值0到左右两边的最大sigma幅值为1，括号中第3项中的1表示为统计分布函数的sigma数为一个，例如(0，1，3)就表示正态分布为以中心值0到左右两边的3个sigma的距离为1。agauss是SPICE的内建函数，在仿真时SPICE会根据agauss定义的范围随机从中取数。

但是当晶体管不在室温下工作时，两个相邻晶体管的失配误差就和室温条件下不一样了。现有的失配宏模型中，由于修正公式中不包含温度修正，因此如果晶体管工作在高温时，普通失配模型无法反应出真实的失配特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可描述高低温失配特性的晶体管模型，在不同的温度下均能反应较好的器件电特性失配特性。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供所述可描述高低温失配特性的晶体管模型的仿真方法。

为解决上述问题，本发明所述的可描述高低温失配特性的晶体管模型，在标准SPICE模型上，选择开启电压参数Vth0和迁移率参数u₀作为修正参数，建立带温度效应的失配修正公式和修正系数，其特征在于：所述的修正公式表达式为：