本发明专利技术公开了一种MOS晶体管NBTI效应R‑D模型参数提取方法，包括如下步骤：线性变换确定拟合区间步骤：对测试数据的坐标系进行转换，并根据坐标轴的线性趋势选择曲线拟合区间；粗略提取模型参数所在范围步骤：设置待拟合的模型参数，将R‑D模型的非线性曲线利用线性变换转化为线性曲线，将线性曲线按线性拟合后得到方程组，解方程组得到模型参数的第一组解；调整模型参数，再得到模型参数的第二组解；由参数的两组解确定每个参数的范围；精确提取步骤：利用遗传算法进行参数优化，确定目标函数，再由每个模型参数已经得到的范围设定约束条件，最后执行算法计算得到模型参数的精确值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件可靠性
，尤其涉及一种MOS晶体管NBTI效应R-D模型参数提取方法。
技术介绍
随着半导体工艺技术进入深亚微米时代，负偏压温度不稳定性(NBTI)成为影响器件性能退化及寿命的主要因素之一。NBTI效应是指在高温下对PMOS器件施加负栅压而引起的一系列电学参数的退化。对器件的影响表现为：随着时间增加，PMOS器件的阈值电压增大和漏电流变小，对电路的影响表现为在模拟电路中引起晶体管间失配，在数字电路中导致时序漂移、噪声容限缩小，甚至产品失效。目前对NBTI的理论研究，被大家普遍认可的就是反应扩散(R-D)模型,国内外已发表的学术论文中，亚利桑那州立大学的SarveshBhardwaj等人对反应扩散模型(R-D模型)研究，R-D模型的相关细节可见SarveshBhardwaj等人在2010年发表的论文(WenpingWangShengqiYang,SarveshBhardwaj.”TheImpactofNBTIEffectonCombinationalCircuit:Modeling,Simulation,andAnalysis”,IEEETransactionsonVeryLargeScaleIntegration(VLSI)System,vol.18,NO.2,February2010.)以及在2006年发表的论文(SarveshBhardwaj,WenpingWang,RakeshVattikonda.“PredictiveModelingoftheNBTIEffectforReliableDesign”，IEEE2006CustomIntergratedCircuitsConference(CICC))。但是他们的研究中并没有提到如何对R-D模型的参数进行反向抽取。为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种对R-D模型进行参数提取的方法。
技术实现思路
本专利技术提出了一种MOS晶体管NBTI效应R-D模型参数提取方法，包括如下步骤：线性变换确定拟合区间步骤：对测试数据的坐标系进行转换，并根据坐标轴的线性趋势选择曲线拟合区间；粗略提取模型参数所在范围步骤：设置待拟合的模型参数，将R-D模型的非线性曲线利用线性变换转化为线性曲线，将线性曲线按线性拟合后得到方程组，解方程组得到模型参数的第一组解；调整所述模型参数，再得到模型参数的第二组解；由参数的两组解确定每个参数的范围；精确提取步骤：利用遗传算法进行参数优化，确定目标函数，再由每个模型参数已经得到的范围设定约束条件，最后执行算法计算得到模型参数的精确值。本专利技术提出的所述MOS晶体管NBTI效应R-D模型参数提取方法中，所述要拟合的模型参数包括时间指数n，常数K，H/H2的激活能Ea，H/H2的扩散系数C和工艺技术参数E0。本专利技术提出的所述MOS晶体管NBTI效应R-D模型参数提取方法中，在所述拟合区间内提取所述R-D模型参数的取值范围包括如下步骤：步骤a1：对晶体管在不同应力条件下进行NBTI退化测试，得到多组在不同应力条件下的关于晶体管阈值电压随时间变化的退化值；步骤a2：令R-D模型中时间指数n的值为1/6，再根据每组所述退化值进行线性转换后分别拟合出参数值；步骤a3：利用所述模型参数表达式与拟合出的参数值计算得到所述模型参数的第一组解；步骤a4：令R-D模型中时间指数n的值为1/4，重复步骤a2，a3得到第二组解；步骤a5：根据两组解确定参数解的范围，每个参数解的范围要求包括两个解所在的区间。本专利技术提出的所述MOS晶体管NBTI效应R-D模型参数提取方法中，在所述拟合区间内提取所述R-D模型参数的精确值包括如下步骤：步骤b1：确定目标函数，所述目标函数以如下公式表示：式中，T表示晶体管工作的环境温度，Vgs表示晶体管栅极到源极的偏压，t表示阈值电压退化的时间，ΔVthmea，t表示阈值电压退化的测量值，ΔVthsim，t表示阈值电压退化的模拟值；步骤b2：根据步骤a5中得到的参数值的范围确定每个参数值的约束条件；步骤b3：利用遗传算法进行计算优化的参数。本专利技术提出的所述MOS晶体管NBTI效应R-D模型参数提取方法中，在精确提取步骤之后进一步包括：模型评估步骤：将最终得到的所述模型参数返回所述R-D模型中进行拟合，求解拟合结果与所述测试数据之间的标准差以及确定系数来判定拟合优良。本专利技术的有益效果在于：本专利技术中的参数提取功能不受工艺限制，可用于不同工艺的PMOS晶体管NBTI效应的R-D模型的参数提取。只要提供测试数据本专利技术就能拟合出R-D模型的参数值。本专利技术的参数提取方法主要分为粗略提取和精确提取，粗略提取的目的是为精确提取时提供参数约束条件，使得使用遗传算法进行精确提取时可以加快算法的收敛，能够快速准确地提取出模型的参数值。附图说明图1为R-D模型参数提取流程图。图2为线性变换确定拟合区间示意图。图3为n＝1/6时，粗略计算所得参数拟合曲线。图4为n＝1/4时，粗略计算所得参数拟合曲线。图5为最终通过遗传算法得到参数拟合曲线。图6为遗传算法最佳适应度值与平均适应度值。具体实施方式结合以下具体实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明。实施本专利技术的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本专利技术没有特别限制内容。反应扩散模型中包含如下模型参数：tox：栅氧化层的厚度εox：二氧化硅的介电常数Cox：栅氧化层单位面积电容Vth：mos晶体管的阈值电压；二氧化硅的相对介电常数T：温度Vgs：栅极与源极之间的电压T0：已知常数(10-8s/nm2)Ea：氢气或者氢原子在硅中的激活能kv：R-D模型中依赖于温度和电场强度的参数K：常数要拟合的参数C：氢气或者氢原子的扩散系数E0：依赖工艺的参数，是待拟合的参数n：时间指数，要拟合的参数本具体实施例以单个PMOS晶体管的测试数据为样本，其中T1＝398K，T2＝358K，Vgs1＝2.3v，Vgs2＝1.8v以及本专利技术所使用的初始参数设置为，tox＝2.43nm，Cox＝1.42e-17F/nm2，Vth＝0.3v，T1＝398K，T2＝358K，Vgs1＝2.3v，vgs2＝1.8v，T0＝1e-08s/nm2。如图1所示，本专利技术提取方法包括如下步骤：线性变换确定拟合区间步骤：对测试数据的坐标系进行转换，将x轴由t变换成y轴由ΔVth变换成ΔVth3，并由和ΔVth3的线性趋势选择曲线拟合区间。此外，又由于测量时间越长其测试误差越小，数据的可信度越高，因此应当选取退化时间较长且和ΔVth3的线性趋势较好的数据区间；粗略提取模型参数所在范围步骤：先令R-D模型中的n值为1/6，将反应扩散模型的非线性曲本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种MOS晶体管NBTI效应R‑D模型参数提取方法，其特征在于，包括如下步骤：线性变换确定拟合区间步骤：对测试数据的坐标系进行转换，并根据坐标轴的线性趋势选择曲线拟合区间；粗略提取模型参数所在范围步骤：设置待拟合的模型参数，将R‑D模型的非线性曲线利用线性变换转化为线性曲线，将线性曲线按线性拟合后得到方程组，解方程组得到模型参数的第一组解；调整所述模型参数，再得到模型参数的第二组解；由参数的两组解确定每个参数的范围；精确提取步骤：利用遗传算法进行参数优化，确定目标函数，再由每个模型参数已经得到的范围设定约束条件，最后执行算法计算得到模型参数的精确值。
【技术特征摘要】
1.一种MOS晶体管NBTI效应R-D模型参数提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
线性变换确定拟合区间步骤：对测试数据的坐标系进行转换，并根据坐标轴的线性趋势
选择曲线拟合区间；
粗略提取模型参数所在范围步骤：设置待拟合的模型参数，将R-D模型的非线性曲线利
用线性变换转化为线性曲线，将线性曲线按线性拟合后得到方程组，解方程组得到模型参数
的第一组解；调整所述模型参数，再得到模型参数的第二组解；由参数的两组解确定每个参
数的范围；
精确提取步骤：利用遗传算法进行参数优化，确定目标函数，再由每个模型参数已经得
到的范围设定约束条件，最后执行算法计算得到模型参数的精确值。
2.如权利要求1所述的MOS晶体管NBTI效应R-D模型参数提取方法，其特征在于，
所述要拟合的模型参数包括时间指数n，常数K，H/H2的激活能，H/H2的扩散系数C和工
艺技术参数E0。
3.如权利要求1所述的MOS晶体管NBTI效应R-D模型参数提取方法，其特征在于，
在所述拟合区间内提取所述R-D模型参数的取值范围包括如下步骤：
步骤a1：对晶体管在不同应力条件下进行NBTI退化测试，得到多组在不同应力条件下
的关于晶体管阈值电压随时间变化的退化值；
步骤a2：令R-D模型中时间指数n的值为1/6，再根据每组所述退化值进行线性转换后
分别拟合出参数值；
步骤a3：利用所述模型参数表达...
【专利技术属性】
技术研发人员：李小进，王燕玲，曾严，石艳玲，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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