1.2umCMOS工艺BSIM1模型参数的提取.pdfVIP

1．2um 夏增浪胡贵才李荫波赵元富 jE京微电f-技术研究所(北京9243信箱100076) 摘要：本文简单地介绍rBSIMI器件模型，给出，采用IC—CAP软件提取模型参数所需 的器件结构和测试系统，并针对华晶1．2umCMOS工艺提取，…套BSIMl的模型参数；同 时还讨论r这套模型参数用来设计1．2umCMOS模拟电路的可行性． 一。引言 随着CAD技术的发展，人们提出了许多用于计算机辅助设计的MOSFET模型，从长 沟器件到深亚微米器件，从数字电路到模拟电路．就目前研究和使用的结果来看，所用的 器件模型基本上能满足数字电路的仿真精度，但对于模拟电路，则这些模型在不同程度上 与实际结果有所偏差。 BSIMl是一个比较流行的用于旺微米工艺的器件模型，它在数字电路领域已使用的相 当广泛；但在距微米技术上，人们已经看到，该模型用来做模拟电路的仿真，已有相当的 误差．本文将阐述BSIMI模型参数的提取方法，针对华晶1．2um的cMOS工艺，提取一 套BSIMl模型参数，并讨论这套模型参数用于1．2umCMOS模拟电路设计的精确性． 二、BSI!Vll模型介绍 它是一个半经验模型：然而不同的是，BSIMI模型是建立在小尺寸器件物理的基础之上， 大部分参数具有相应的物理意义，所以它能够更精确地反映出小尺寸的效应．在BSIMI 模型中，考虑r以下几个效应： (1)载流子迁移率与垂直电场的关系： (2)载流子速度饱和； (3)漏诱导势垒降低效应； (4)源漏耗尽电荷的分享； ‘ (5)非均匀掺杂； (6)沟道长度调制效应； (7)亚阈电导效应； (8)电学参数对几何尺寸的依赖关系； BSIMl解决『i生去器件模型中输出电导不连续的问题，但它还是存在中等反型的问 题． 三、BSllVll模型参数提取方法 1、测试图形的设汁 为了能够提取BSIMl模型参数，测试图形应包括以下三种： ’ (1)大尺寸器件：如WiL=15um／15um； (2)窄沟器件：w儿=W／15um；(沟道宽度w取设计规则允许尺寸) (3)短沟器件：w，L；15um／Lum：(沟道长度L取特征尺寸) 460- 其中大尺寸器件用于提取与短沟和窄沟效应无关的模型参数；窄沟器件用于提取与窄 沟效应有关的模型参数：短沟器件用于提取与短沟效应有关的模型参数． 2、模型参数提取系统 这里采用的测试系统包括HP4156A半导体参数分析仪、分析探针台和装有IC—CAP 软件(HP公司的器件模型参数提取软件)的工作站．图一是整个系统的连接关系。 l HP—IB Cable L J’ 圈1．模型参数提取的测试系统 3、BSIMl模型参数提取流程 图2示出了IC—CAP提取BSIMl模型参数的流程‘21 图2 IC—CAP提取BSIM 1模型参数的流程 由于BSIMI中大多数的提取算法已具有一些内在的优化特性，所以提取的参数已经 比较精确地反映了器件特性，所以BSIMl模型参数的提取流程中参数优化一步可以省略， 四、BSIMI模型参数的提取与结果讨论 我所有一项课题，计划在华晶1．2urn的CMOS工艺线上做数模混合电路，根据设计人 员的要求．电路仿真采用BSIMl模型．为了给设计人员提供精确的模型参数，我们根据 IC—CAP提取方法的要求，设计r测试图形，并按照上一节所述的提取流程，提取r一 套完整的BSIMl模型参数． 一46l一 这些曲线可以看出，所提取的模型参数精确地反映r器件的直流特性。对于数字电路设计