本發(fā)明涉及半導體
技術領域：
，更具體地，涉及一種方塊電阻SPICE模型的構建方法。
背景技術：
：MOS器件尺寸縮小是半導體工業(yè)的主要動力，但是隨著MOS器件尺寸的縮小，許多原本在長溝道器件中不重要的參數(shù),卻嚴重影響到短溝道MOS器件的性能。因此，有很多科學家在研究如何使得MOS器件在溝道長度越來越短的情況下，依然可以保持長溝道時候的良好特性。其中，MOS器件寄生電阻是不可忽視的課題之一，這是因為它不如預期般的隨著MOS器件尺寸的縮小而縮小，并在總電阻中占有相當大的比例。SPICE(SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis)是一種用于電路描述與仿真的語言與仿真器軟件，可用于檢測電路的連接和功能的完整性，以及用于預測電路的行為。SPICE主要用于模擬電路和混合信號電路的仿真。但如果要使SPICE很好地工作，就必須提供器件級模型參數(shù)。目前，業(yè)界通用的SPICE模型包括BSIM系列、PSP或經驗模型等。SPICE建模工程師依靠器件理論及經驗，提取模型參數(shù)以供SPICE仿真程序使用。通常一個成熟的MOSFET技術節(jié)點需要對MOS管，二極管，三極管，電容，MOM，MOSVAR包括電阻進行SPICE建模。表1顯示了MOSFET中各電阻類型及其對應的模型命名。表1：RESISTOR類型模型命名SILICIDEN+DIFFUSIONRES_NDIFSILICIDEP+DIFFUSIONRES_PDIFSILICIDEN+POLYRES_NPOSILICIDEP+POLYRES_PPONON-SILICIDEN+DIFFUSIONRES_NDIFSABNON-SILICIDEP+DIFFUSIONRES_PDIFSABNON-SILICIDEN+POLYRES_NPOSABNON-SILICIDEP+POLYRES_PPOSABNWELLUNDERAARES_NWAANWELLUNDERSTIRES_NWSTI上表中除去跟金屬有關的電阻，共有10種。根據方塊電阻的定義，其經典模型(參見“SemiconductorDevicePhysics”第31頁)為：即其中R0是電阻的WAT測試數(shù)據，RSH是方塊電阻，W和L分別為電阻的寬度和長度，DW和DL是擬合參數(shù)，用來模擬W和L的有效值Weff＝W-2DW，Leff＝L-2DL。然而，上述經典的MOS器件電阻模型并不能夠很好地模擬MOS器件電阻的阻值，而是對于小尺寸的電阻，有著20％到30％的誤差。這將導致不能很好地估計寄生電阻對MOS器件性能的影響，從而導致MOS器件的SPICE模型失效。此外，在傳統(tǒng)的電阻SPICE建模方法中，RSH的值都是采用人工估計方式得到的，并作為擬合參數(shù)對R0進行建模，導致RSH的參數(shù)值與WAT實測值之間的偏差較大，致使該參數(shù)的數(shù)值失去了物理意義。故開發(fā)新的更為準確的MOS器件電阻模型的需求極為迫切。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的上述缺陷，提供一種方塊電阻SPICE模型的構建方法，以解決原有的經典模型對于小尺寸方塊電阻模擬不準確的問題，能夠很好地模擬MOSFET各類型方塊電阻的阻值。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：一種方塊電阻SPICE模型的構建方法，包括以下步驟：步驟S01：建立一初始方塊電阻SPICE模型；步驟S02：將該模型載入建模軟件進行建模，并設定模型所需擬合參數(shù)的值，得到模擬方塊電阻的模型擬合線；步驟S03：直接在建模軟件中調整擬合參數(shù)值的大小，直至模型擬合線與方塊電阻實測數(shù)據相匹配；步驟S04：將匹配狀態(tài)下所對應的擬合參數(shù)值代入初始方塊電阻SPICE模型，以得到最終的方塊電阻SPICE模型。優(yōu)選地，所述方塊電阻SPICE模型為其中，RSH是方塊電阻，W和L分別為電阻的寬度和長度，A，B，C，D，E，DL，DW是擬合參數(shù)。優(yōu)選地，步驟S03中，調整擬合參數(shù)值時，通過增大擬合參數(shù)A的值，使模型擬合線向上移動，反之，通過減小擬合參數(shù)A的值，使模型擬合線向下移動。優(yōu)選地，步驟S03中，調整擬合參數(shù)值時，通過增大擬合參數(shù)B的值，使模型擬合線向上移動，反之，通過減小擬合參數(shù)B的值，使模型擬合線向下移動。優(yōu)選地，步驟S03中，調整擬合參數(shù)值時，通過增大擬合參數(shù)C的值，使模型擬合線繞其與方塊電阻實測數(shù)據的交點逆時針轉動，反之，通過減小擬合參數(shù)C的值，使模型擬合線繞其與方塊電阻實測數(shù)據的交點順時針轉動。優(yōu)選地，步驟S03中，調整擬合參數(shù)值時，通過增大擬合參數(shù)D的值，使模型擬合線繞其與方塊電阻實測數(shù)據的交點逆時針轉動，反之，通過減小擬合參數(shù)D的值，使模型擬合線繞其與方塊電阻實測數(shù)據的交點順時針轉動。優(yōu)選地，步驟S03中，調整擬合參數(shù)值時，通過增大擬合參數(shù)E的值，使模型擬合線向上移動，反之，通過減小擬合參數(shù)E的值，使模型擬合線向下移動。優(yōu)選地，步驟S03中，調整擬合參數(shù)值時，通過增大擬合參數(shù)DW的值，使模型擬合線對應電阻寬度或長度尺寸趨小方向的一端部分上移，反之，通過減小擬合參數(shù)DW的值，使模型擬合線對應電阻寬度或長度尺寸趨小方向的一端部分下移。優(yōu)選地，步驟S03中，調整擬合參數(shù)值時，通過增大擬合參數(shù)DL的值，使模型擬合線對應電阻寬度或長度尺寸趨小方向的一端部分上移，反之，通過減小擬合參數(shù)DL的值，使模型擬合線對應電阻寬度或長度尺寸趨小方向的一端部分下移。優(yōu)選地，擬合參數(shù)A的提取值為10-100之間的數(shù)值，擬合參數(shù)B的提取值為-1-0之間的數(shù)值，擬合參數(shù)C的提取值為0-1之間的數(shù)值，擬合參數(shù)D的提取值為-1-0之間的數(shù)值，擬合參數(shù)E為正數(shù)，擬合參數(shù)DW和DL的提取值分別為0.01-1微米之間的數(shù)值。從上述技術方案可以看出，本發(fā)明的方塊電阻SPICE模型，通過對方塊電阻實測數(shù)據進行數(shù)學擬合得到，特別適用于當取小的方塊電阻尺寸而原有經典模型不能精確模擬方塊電阻阻值的情況下，能夠很好地模擬MOSFET各類型方塊電阻的阻值；并可通過調整其模型參數(shù)，實現(xiàn)對不同尺寸和類型的MOSFET方塊電阻的準確模擬。附圖說明圖1是本發(fā)明一種方塊電阻SPICE模型的構建方法流程圖；圖2-圖9是本發(fā)明一較佳實施例中根據圖1的方法進行擬合參數(shù)值調整時模型擬合線的各種變化狀態(tài)示意圖；圖10是根據WAT實測數(shù)據得到的RSH(方塊電阻)與W(寬度)的關系曲線圖；圖11是利用excel函數(shù)擬合線功能得到的RSH與W冪函數(shù)關系中參數(shù)a(sq)與sq的關系曲線圖；圖12是利用excel函數(shù)擬合線功能得到的RSH與W冪函數(shù)關系中參數(shù)b(sq)與sq的關系曲線圖；圖13是在BsimProPlus軟件中載入的數(shù)據文件片斷截圖；圖14是直接在BsimProPlus軟件上調整模型參數(shù)時使用的四個子電路模型截圖；圖15是得到的模型庫文件截圖。具體實施方式下面結合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步的詳細說明。在以下本發(fā)明的具體實施方式中，請參閱圖1，圖1是本發(fā)明一種方塊電阻SPICE模型的構建方法流程圖。如圖1所示，本發(fā)明的一種方塊電阻SPICE模型的構建方法，包括以下步驟：步驟S01：建立一初始方塊電阻SPICE模型。本發(fā)明提出了一種新的方塊電阻SPICE模型。以NPOSAB電阻為例，首先進行WAT(WaferAcceptanceTest)測試，得到RSH(方塊電阻)的實測數(shù)據，再根據實測WAT數(shù)據，得到RSH與W(電阻寬度)的關系曲線圖。然后，假定RSH與W的關系是冪函數(shù)關系：RsH＝a(sq)·Wb(sq)+E利用excel函數(shù)擬合線的冪函數(shù)擬合功能，對WAT的RSH實測數(shù)據進行擬合，例如對于方塊數(shù)sq分別為1、2、5、10的4組不同方塊數(shù)sq的RSH與W的函數(shù)關系，可得到4組冪函數(shù)方程，分別是：y＝45.539x-0.401y＝34.988x-0.468y＝29.174x-0.543y＝24.167x-0.661其中y代表RSH-E，x代表W。上述4組冪函數(shù)方程分別對應圖10中自上而下的4條曲線。假定上述RSH與W的關系方程中參數(shù)a(sq)與sq的關系是冪函數(shù)關系，將a的數(shù)值45.539、34.988、29.174、24.167與對應的sq的數(shù)值1、2、5、10在excel表格中畫出，利用excel擬合線功能，得到a(sq)與sq的關系方程：y＝44.153x-0.265其中y代表a(sq)，x代表sq。得到的參數(shù)a(sq)與sq的關系曲線如圖11所示。再假定上述RSH與W的關系方程中參數(shù)b(sq)與sq的關系是冪函數(shù)關系，將b的數(shù)值-0.401、-0.468、-0.543、-0.661與對應的sq的數(shù)值1、2、5、10在excel表格中畫出，利用excel擬合線功能，得到b(sq)與sq的關系方程：y＝0.6186x-0.236其中y代表b(sq)，x代表sq。得到的參數(shù)b(sq)與sq的關系曲線如圖12所示。將上述a和b的表達式代入RSH與W的關系方程中，得到：RSH＝44.153·sq-0.265·W0.6186·sq-0.236+E其中，sq是方塊數(shù)，sq＝L/W。將上式中的數(shù)字部分抽象為符號，并且將W替換為W-DW，L替換為L-DL，DW和DL分別是對W和L的擬合修正參數(shù)，得到RSH最終的方程、即初始方塊電阻SPICE模型為：其中，RSH是方塊電阻，W和L分別為電阻的寬度和長度，A，B，C，D，E，DL，DW是擬合參數(shù)；擬合參數(shù)E代表當方塊數(shù)sq趨于無窮大時的值，可根據WAT實測sq最大的那組RSH值并根據經驗估算一個小于實測值的數(shù)值。RSH的單位是ohm/sq(歐姆/個或歐姆/方塊)。對于方塊電阻實際的WAT測試數(shù)據，工程師需要根據其實際情況提取參數(shù)A，B，C，D，E，DL，DW的具體值。步驟S02：將該模型載入建模軟件進行建模，并設定模型所需擬合參數(shù)的值，得到模擬方塊電阻的模型擬合線。首先，可將該初始的方塊電阻SPICE模型寫成子電路模型格式，并載入專業(yè)建模軟件例如BsimProPlus軟件，載入數(shù)據文件，并設定模型所需的擬合參數(shù)A，B，C，D，E，DL，DW的值。圖13示例性示出在BsimProPlus軟件中載入的數(shù)據文件片斷截圖。假定RSH與W的關系是冪函數(shù)關系：方塊數(shù)sq＝L/W，E是方塊數(shù)sq趨于無窮大時的RSH最小值，可根據方塊電阻WAT實測數(shù)據中方塊數(shù)最大的那組RSH數(shù)據，并根據經驗估算出一個小于實測值的數(shù)值，例如可大約為sq最大的那組測出的RSH值再減去10歐姆/方塊左右。本發(fā)明中可令E＝155(歐姆/方塊)。這樣就可利用BsimProPlus等專業(yè)建模軟件得到模擬方塊電阻的模型擬合線。如圖2所示，其顯示根據本發(fā)明方法所得到的一種模型擬合線，代表RSH-E與電阻寬度W之間的關系。圖中曲線Ⅰ代表按照初始方塊電阻SPICE模型得到的初始模型擬合線，點鏈Ⅱ代表方塊電阻實測數(shù)據鏈(下同)；本例中方塊數(shù)為1。對應上述方塊數(shù)sq分別為1、2、5、10的4組不同方塊數(shù)sq的RSH與W的4組冪函數(shù)方程，可得到如圖14所示的在4個子電路模型中所形成的擬合線?？衫媒＼浖﨎simProPlus，直接在軟件上調整模型參數(shù)，直到能夠擬合WAT數(shù)據。不同類型的電阻都可以使用該子電路模型進行參數(shù)提取。步驟S03：直接在建模軟件中調整擬合參數(shù)值的大小，直至模型擬合線與方塊電阻實測數(shù)據相匹配。在模擬出模型擬合線之后，可通過調整擬合參數(shù)A，B，C，D，DL，DW的大小，讓模型擬合線與方塊電阻實測數(shù)據之間形成較好的符合。具體可通過如下方法進行調整：如圖3所示，可通過增大擬合參數(shù)A的值，使模型擬合線向上移動。圖3是圖2的變化圖。圖中曲線Ⅲ代表調整后模型擬合線(下同)；本例中方塊數(shù)為1。反之，可通過減小擬合參數(shù)A的值，使模型擬合線向下移動(圖略)。如圖4所示，還可通過增大擬合參數(shù)B的值，使模型擬合線向上移動。反之，通過減小擬合參數(shù)B的值，使模型擬合線向下移動。本例中方塊數(shù)為2。如圖5所示，還可通過增大擬合參數(shù)C的值，使模型擬合線繞其與方塊電阻實測數(shù)據的交點逆時針轉動；例如，增大擬合參數(shù)C會使寬度大于1微米的方塊電阻增大，寬度小于1微米的方塊電阻減小，從而會使模型擬合線繞著寬度等于1的點進行逆時針轉動。反之，可通過減小擬合參數(shù)C的值，使模型擬合線繞其與方塊電阻實測數(shù)據的交點順時針轉動；例如，減小擬合參數(shù)C會使寬度大于1微米的方塊電阻減小，寬度小于1微米的方塊電阻增大，從而會使模型擬合線繞著寬度等于1的點進行順時針轉動。本例中方塊數(shù)為2。如圖6所示，還可通過增大擬合參數(shù)D的值，使模型擬合線繞其與方塊電阻實測數(shù)據的交點逆時針轉動；例如，增大擬合參數(shù)D會使寬度大于1微米的方塊電阻增大，寬度小于1微米的方塊電阻減小，會使模型擬合線繞著寬度等于1的點進行逆時針轉動。反之，通過減小擬合參數(shù)D的值，使模型擬合線繞其與方塊電阻實測數(shù)據的交點順時針轉動；例如，減小D使寬度大于1微米的方塊電阻減小，寬度小于1微米的方塊電阻增大，會使模型擬合線繞著寬度等于1的點進行順時針轉動。本例中方塊數(shù)為2。如圖7所示，還可通過增大擬合參數(shù)E的值，使模型擬合線整體向上移動。反之，通過減小擬合參數(shù)E的值，使模型擬合線整體向下移動。本例中方塊數(shù)為2。如圖8所示，還可通過增大擬合參數(shù)DW的值，使模型擬合線對應電阻寬度或長度尺寸趨小方向的一端部分明顯上移；例如，模型擬合線寬度小于1微米的部分明顯上移。反之，通過減小擬合參數(shù)DW的值，使模型擬合線對應電阻寬度或長度尺寸趨小方向的一端部分明顯下移。本例中方塊數(shù)為2。如圖9所示，還可通過增大擬合參數(shù)DL的值，使模型擬合線對應電阻寬度或長度尺寸趨小方向的一端部分上移。反之，通過減小擬合參數(shù)DL的值，使模型擬合線對應電阻寬度或長度尺寸趨小方向的一端部分下移。本例中方塊數(shù)為2。此時得到了一組參數(shù)A，B，C，D，E，DL，DW的具體值，最終在NPOSAB這種類型的方塊電阻上，本發(fā)明電阻模型提取出的與方塊電阻實測數(shù)據相匹配的擬合參數(shù)為：A＝42.361，B＝-0.265，C＝0.6186，D＝-0.236，E＝155，DL＝0.09微米，DW＝0.115微米。步驟S04：將匹配狀態(tài)下所對應的擬合參數(shù)值代入初始方塊電阻SPICE模型，以得到最終的方塊電阻SPICE模型。需將RSH的方程以及參數(shù)A，B，C，D，E，DL，DW的具體值寫入最后的模型庫文件，如圖15所示。這樣就得到最終的方塊電阻SPICE模型，可以利用Hspice等電路仿真軟件對該模型進行仿真。模型中DL和DW的單位都是微米，其他參數(shù)沒有單位。一般而言，A為10到100之間的數(shù)值，B為-1到0之間的數(shù)值，C為0到1之間的數(shù)值，D為-1到0之間的數(shù)值，E為正數(shù)，DW和DL為0.01微米到1微米之間數(shù)值。經過利用以上方法調整擬合參數(shù)A，B，C，D，DL，DW，使模型與方塊電阻實測WAT數(shù)據符合較好，如表2的本發(fā)明新模型與采用經典模型的老模型的對比所示。表2：從表2可以看出，本發(fā)明的新模型對NPOSAB電阻進行模擬，新的模型對電阻模擬較好，特別當取小的方塊電阻尺寸、而原有經典模型不能精確模擬方塊電阻阻值的情況下，能夠很好地模擬MOSFET各類型方塊電阻的阻值，其相對誤差很小(幾乎為零)。相較而言，老的模型模擬誤差較大，一般在15％以上，并且誤差隨著電阻寬度的減小而增大(表中方塊電阻指WAT電性測試的MAP數(shù)據的中位數(shù))。值得一提的是，除了NPOSAB電阻，本發(fā)明的上述電阻模型也能很好地模擬表1中提到的其他9種電阻，工程師只要通過如上提到的參數(shù)提取方法，針對每一種電阻分別提取各自的參數(shù)即可，而模型方程都是一樣的。例如，針對PPOSAB方塊電阻或者NWAASAB方塊電阻，使用本發(fā)明的上述新模型進行模擬，也能得到很精確的結果，分別如下表3、表4所示。表3：sqW(um)RshmodelReError14770.16768.980％12794.19792.980％11840.19826.73-2％10.8850.35840.29-1％10.5854.49874.212％24751.78754.940％22773.91776.990％21812.64809.870％20.8821.91823.570％20.5860.92858.890％54743.44742.280％52758.81761.220％51791.33791.270％50.8802.01804.290％50.5837.36838.940％104736.00735.590％102752.58752.180％101780.84779.530％100.8792.15791.670％100.5826.30824.610％表4：sqw(um)Rshmodelerror510384.00380.89-1％54398.14404.362％52.5414.06418.931％51.8430.48430.300％51.8438.07430.30-2％1010385.37382.02-1％104401.27408.372％102.5419.02425.021％101.8439.98438.150％101.8450.36438.15-3％1510386.96382.77-1％154402.61410.862％152.5421.72428.782％151.8442.93443.000％151.8454.21443.00-2％綜上所述，本發(fā)明的方塊電阻SPICE模型，通過對方塊電阻實測數(shù)據進行數(shù)學擬合得到，特別適用于當取小的方塊電阻尺寸而原有經典模型不能精確模擬方塊電阻阻值的情況下，能夠很好地模擬MOSFET各類型方塊電阻的阻值；并可通過調整其模型參數(shù)，實現(xiàn)對不同尺寸和類型的MOSFET方塊電阻的準確模擬。以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述實施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，因此凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發(fā)明的保護范圍內。當前第1頁1 2 3