一种半导体器件老化效应的建模方法及仿真预测方法

本申请涉及半导体器件建模及电路仿真，特别地涉及一种半导体器件老化效应的建模方法及仿真预测方法。

背景技术：

1、半导体器件的集约模型是半导体制造商和电路设计者之间的桥梁，它能提供一致和可靠的器件信息，保证电路设计的正确性和可行性，同时影响着集成电路的设计效率和精度。

2、随着芯片科学的发展，人们对半导体器件物理特性的认识不断深入，越来越精确和复杂的集约模型被提出，以提高芯片设计制造的精度与准度。并且，随着超越摩尔定律的不断推进，越来越多的新型器件，例如鳍式场效应晶体管(finfet)、环绕式栅极技术晶体管(gaafet)等，被研发以满足各类应用的需求，它们也需要各自专属的高精度器件集约模型来实现产业化。

3、另一方面，随着器件小型化的推进，各种可靠性问题日益突出，并成为了限制集成电路发展的关键因素。为了更好地描述先进工艺下的器件特性，给芯片设计留出更多的设计裕量，产业界不仅需要为器件的电流电压(iv)、电容电压(cv)特性建立集约模型，还需要为器件的诸多可靠性问题，例如热载流子退化(hcd)、偏置温度不稳定性(bti)等，构建相应的模型，从而实现准确预测半导体器件的老化。

4、以器件hcd老化问题为例，目前产业界广泛应用的hcd可靠性模型仍存在一定问题：部分模型只提取了器件电学参数在hcd影响前后的改变量，因而无法直接应用于电路仿真；有些模型只将器件老化数据与标准器件模型中特征参数的数值联系起来，但没有进一步构建特征参数的可靠性模型，因而无法预测特征参数受老化的影响，更无法预测半导体器件iv关系受老化的影响。

5、另一方面，随着器件集约模型精度的提升，模型形式与数学描述日益复杂化，并且其中包含的参数也会增多，这给半导体器件参数提取带来了极大的挑战。传统的参数提取方式是人工提参，即人工根据经验调整器件模型中若干特征参数数值和组合方式来拟合数据。但是这种方式较为主观，器件集约模型的提参流程中可能涉及大量特征参数的优化，参数维度的增加使参数空间指数增大，因此模型参数提取流程中的优化问题与多解现象仍难以解决。即使模型开发人员已经具备半导体物理等专业知识，在提参之前已经对该器件模型中的特征参数有了大致的物理理解，同时明确参数随偏压或时间的变化趋势，但仍然需要花费大量的时间和精力来选出一个符合物理预期的结果。面对含多个特征参数，在全电压域有复杂偏压依赖性的提参情况，人工提参往往会花费大量时间。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本申请提出了一种半导体器件老化效应的建模方法，包括：确定能反映半导体器件老化效应的bsim-cmg模型特征参数；建立基于bsim-cmg模型特征参数的含时、含偏压依赖性的老化效应的可靠性模型；由实验获得半导体器件受老化效应影响，在多种应力下，长时间域内的iv测试数据曲线；以及采用优化算法，搭建可靠性模型参数提取框架，由受老化效应影响的半导体器件时变iv数据，直接提取参数得到基于bsim-cmg模型搭建的半导体器件老化效应的可靠性模型的参数，从而建立适用于对应制程下半导体器件老化效应的可靠性模型。

2、特别的，bsim-cmg模型特征参数包括：cit。

3、特别的，bsim-cmg模型特征参数包括：dvtshift。

4、特别的，bsim-cmg模型特征参数包括：u0。

5、特别的，bsim-cmg模型特征参数包括：deltavsat。

6、特别的，优化算法包括pso算法、蚁群算法的任意一种。

7、本申请还提出了一种半导体器件老化效应的仿真预测方法，包括：确定能反映半导体器件老化效应对半导体器件iv特性影响的必要bsim-cmg模型特征参数；再为bsim-cmg模型特征参数分别建立含时、含偏压依赖性的老化效应的可靠性模型；由实验获得半导体器件受老化效应影响，在多种应力下，长时间域内的iv测试数据曲线；采用优化算法，搭建可靠性模型参数提取框架，将测试数据曲线代入参数提取框架中，实现由半导体器件的老化数据直接提参得到基于bsim-cmg模型搭建的老化效应可靠性模型的参数数值，从而获得用于描述bsim-cmg模型特征参数时域变化情况的完备可靠性模型；用完备可靠性模型预测特定应力与特定时间下老化效应对半导体器件iv特性的影响；将完备可靠性模型嵌入标准模型接口后，实现考虑老化效应后更为准确的半导体器件和电路仿真。

8、特比的，bsim-cmg模型特征参数包括：cit。

9、特别的，bsim-cmg模型特征参数包括：dvtshift。

10、特别的，bsim-cmg模型特征参数包括：u0。

11、特别的，bsim-cmg模型特征参数包括：deltavsat。

12、特别的，优化算法包括pso算法、蚁群算法的任意一种。

13、特别的，标准模型接口包括omi、ami、tmi的任意一种。

技术特征：

1.一种半导体器件老化效应的建模方法，包括：

2.根据权利要求1所述的建模方法，所述bsim-cmg模型特征参数包括：cit。

3.根据权利要求1所述的建模方法，所述bsim-cmg模型特征参数包括：dvtshift。

4.根据权利要求1所述的建模方法，所述bsim-cmg模型特征参数包括：u0。

5.根据权利要求1所述的建模方法，所述bsim-cmg模型特征参数包括：deltavsat。

6.根据权利要求1所述的建模方法，所述优化算法包括pso算法、蚁群算法的任意一种。

7.一种半导体器件老化效应的仿真预测方法，包括：

8.根据权利要求7所述的仿真预测方法，所述bsim-cmg模型特征参数包括：cit。

9.根据权利要求7所述的仿真预测方法，所述bsim-cmg模型特征参数包括：dvtshift。

10.根据权利要求7所述的仿真预测方法，所述bsim-cmg模型特征参数包括：u0。

11.根据权利要求7所述的仿真预测方法，所述bsim-cmg模型特征参数包括：deltavsat。

12.根据权利要求7所述的仿真预测方法，所述优化算法包括pso算法、蚁群算法的任意一种。

13.根据权利要求7所述的仿真预测方法，所述标准模型接口包括omi、ami、tmi的任意一种。

技术总结本申请提出一种半导体器件老化效应的建模方法，包括：确定能反映半导体器件老化效应的BSIM‑CMG模型特征参数；建立基于BSIM‑CMG模型特征参数的含时、含偏压依赖性的老化效应的可靠性模型；由实验获得半导体器件受老化效应影响，在多种应力下，长时间域内的IV测试数据曲线；以及采用优化算法，搭建可靠性模型参数提取框架，由受老化效应影响的半导体器件时变IV数据，直接提取参数得到基于BSIM‑CMG模型搭建的半导体器件老化效应的可靠性模型的参数，从而建立适用于对应制程下半导体器件老化效应的可靠性模型。本申请还提出一种半导体器件老化效应的仿真预测方法。技术研发人员：张立宁,沈聪,李宇,王润声受保护的技术使用者：北京大学深圳研究生院技术研发日：技术公布日：2024/11/18