一种SONOS单元的角模型架构及其调试方法与流程

本发明涉及角模型架构技术领域，特别是涉及一种sonos单元的角模型架构及其调试方法。

背景技术：

通常为了客观反映半导体器件在制造时其由于工艺分布而存在的器件电特性分布误差，foundary厂在给设计客户提供器件模型的同时，会给模型提供能反映电特性误差分布的角模型。业界常规的cmos采用的bsim4模型的角模型方式通常是基于一套单独的器件模型选择bsim4参数进行阈值电压和饱和电流的调整,它们通常只反映器件的一种状态下的工艺分布，并且不包含器件老化后的状态描述。此外常规cmos的业界模型构架是单独的，如图1所示，常规n/pmos模型包含以下5套角模型：

typical；

n:fast,p:fast；

n:slow,p:slow；

n:fast,p:slow；

n:slow,p:fast。

目前，sonos电路单元是由两个器件组成的基本单元：可写入或擦除电子的sonos元件和一个fnpass器件的组合，这两个元件各自需要独立的bsim4模型参数去描述，同时，sonos元件分为写入状态和擦除状态，这两种特性状态又不相同，也分别需要各自独立的bism4模型参数去描述。如图2所示，wls是sonos元件的栅控制端，wl是fnpass元件的栅控制端，vbpw为这两个元件的公共衬底，bl是sonos电路单元的漏端电压控制端，sl是fnpass元件的源端。当给wls端一个较高的电压脉冲后，sonos元件沟道中的电子会被写入到其栅氧层ono层中(一种特殊的栅氧结构)，栅氧本征功函数发生改变，沟道处于常开启状态，其阈值电压为负值，称之为p0状态。当给wls一个较高的负电压脉冲后，ono层中的电子被拉回衬底，栅氧的功函数随之改变，其阈值电压为正值，称之为p1状态。在器件未经过多次重复写入和擦除的初始状态(即bol状态)，通过数据测试统计，得到了p0和p1状态的器件特性分布，即p0状态下的阈值电压vt、饱和电流以及漏电流的typical、fast、slow分布和p1状态下的vt的typical、fast、slow分布。然后，为了得到器件的老化特性，将器件进行了上万次反复写入和擦除，又进行了高温的长时间烘烤，通过大量的统计测试数据，得到了eol状态下的p0和p1的器件特性分布。如图3所示，bol读取温度为25度，eol读取温度为85度，取统计数据5个sigma方差为slow、fast的上下限，bol状态下的p0、p1经统计得到的高斯分布到了eol后分布都发生了变化。当然sonos电路单元模型除了要做到能够描述p0、p1两种状态的iv曲线精度以外，还必须方便、正确的对器件特性分布的工艺角：fast和slow条件下的iv曲线进行外推预测。

可见，sonos电路单元涉及到两个器件单元，还存在两种工作状态p0和p1，然后又分为bol和eol两种条件，由此可见，这样细分下来角模型可分为：

bolp0(typicalsonos,typicalfnpass)

bolp0(fastsonos,fastfnpass)

bolp0(slowsonos,slowfnpass)

bolp1(typicalsonos,typicalfnpass)

bolp1(fastsonos,fastfnpass)

bolp1(slowsonos,slowfnpass)

eolp0(typicalsonos,typicalfnpass)

eolp0(fastsonos,fastfnpass)

eolp0(slowsonos,slowfnpass)

eolp1(typicalsonos,typicalfnpass)

eolp1(fastsonos,fastfnpass)

eolp1(slowsonos,slowfnpass)

总共12种角模型组合。显然，通过常规的cmos的角模型构架已经不能适用于这类复杂的情况，有必要提出一种对设计人员即能方便使用又能准确反映角模型工艺分布的技术手段。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种sonos单元的角模型架构及其调试方法，以实现一种即能方便使用又能准确反映角模型工艺分布的技术，使得设计人员在使用该套角模型时能够得到更加合理的仿真数值分布。

为达上述及其它目的，本发明提出一种sonos单元的角模型架构，包括p0状态和p1状态分支，所述p0状态分支，p1状态分支各自细分为bol状态和eol状态子分支，每个子分支再根据sonos元件和fnpass元件细分为typical,fast和slow三种角模型分类。

为达到上述目的，本发明还提供一种上述sonos单元的角模型架构的调试方法，包括如下步骤：

步骤s1，提取bol状态在typical条件下p0状态、p1状态的iv模型；

步骤s2，选择各自的模型参数进行fast和slow的角模型调试；

步骤s3，根据p1状态的bol状态的fast和slow工艺分布得到的阈值电压和漏电流上下限规格，对p1状态bol状态的sonos元件的vth0、u0参数进行调试，直到模型仿真数值和规格数值一致；

步骤s4，对eol状态时的p0状态的iv曲线进行参数拟合，得到typical状态的vth0数值，根据bol状态的fast,slow参数变化幅度，对eol状态的fast和slow参数进行相应的数值调整；

步骤s5，将eol状态下p1状态的fnpass元件的corner参数直接复制eol状态下p0状态的fnpass元件的corner参数；

步骤s6，将eol状态下p1状态的fnpass的corner参数直接复制eol状态下p0状态的fnpass元件的corner参数；

步骤s7，根据已有的eol状态下p1状态的fnpass的角模型参数，以及根据eol状态下p0状态的工艺分布得到的阈值电压上下限规格，调整sonos元件的vth0参数直到fast和slow的仿真数值和规格一致。

优选地，于步骤s1中，提取bol状态在typical条件下p0状态、p1状态的iv模型，typical条件下经过测试得到相应的iv曲线，用sonos元件和fnpass元件对应的bsim4模型进行参数提取。

优选地，于步骤s1中，提取的顺序为先提取p0状态下的模型参数，再提取p1状态下的模型参数。

优选地，于步骤s1中，所述p0状态参数提取方法分别调整sonos元件的bsim4参数和fnpass元件的bsim4参数。

优选地，所述p1状态参数提取方法为：对于fnpass元件的器件参数，p1状态不进行参数调整，对于sonos元件的器件参数，调整sonos元件的参数来拟合阈值电压和电流斜率。

优选地，步骤s2进一步包括：

步骤s200，对p0状态的fast,slow进行调试；

步骤s201，于步骤s200完成后，将p0状态时候的fnpass元件的fast,slow角模型参数数值复制到p1状态的fnpass角模型中。

优选地，步骤s200进一步包括：

根据p0bolfast和slow工艺分布得到的饱和电流上下限规格，选用fnpass的vth0对电流进行调试直到仿真数值和规格一致；

再根据p0状态的bol状态的fast和slow工艺分布得到的阈值电压和漏电流上下限规格，选用sonos元件的vth0、u0进行调试直到仿真的阈值电压和漏电流和规格一致，其中vth0调整阈值电压，u0调整slow条件下的漏电流。

优选地，步骤s4进一步包括：

步骤s400，首先对eol状态时的p0状态的iv曲线做参数拟合；

步骤s401，于拟合完毕后，得到typical状态的vth0数值，然后根据bol状态fast,slow参数变化幅度，在eol状态的fast和slow参数上做相应的数值调整。

优选地，于步骤s400中，拟合的模型参数为步骤s1中选定的参数。

与现有技术相比，本发明一种sonos单元的角模型架构及其调试方法，基于常用的bsim4模型，针对构成sonos基本电路单元的两个基本器件(即sonos元件和fnpass元件)的工作原理，分别在bol和eol(bol为器件初始状态，eol为经过上万次电子写入和擦除并且在高温下烘烤后的器件老化状态)状态下器件物理特性和工艺分布，实现了一种即能方便使用又能准确反映角模型工艺分布的技术，使得设计人员在使用该套角模型时能够得到更加合理的仿真数值分布。

附图说明

图1为常规cmos的角模型构架示意图；

图2为sonos基本电路单元结构示意图；

图3为bol读取温度为25摄氏度，eol读取温度为85摄氏度，取统计数据5个sigma方差为slow、fast的上下限示意图；

图4为本发明一种sonos单元的角模型架构的架构示意图；

图5为本发明一种sonos单元的角模型架构的调试方法的步骤流程图；

图6为本发明实施例中sonos器件角模型构架的调试流程图；

图7a-图7c为bol状态下p0的漏极电流-栅极电压(ids-vgs)关系图；

图8a-图8c为bol状态下p1的漏极电流-栅极电压(ids-vgs)关系图；

图9a-图9d为本发明的仿真结果示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图4为本发明一种sonos单元的角模型架构的架构示意图。如图4所示，本发明一种sonos单元的角模型架构，包括p0状态和p1状态两个分支，所述p0状态指的是当给sonos单元的sonos元件的栅控制端wls一个较高的电压脉冲后，sonos元件沟道中的电子会被写入到其栅氧层ono层中，栅氧本征功函数发生改变，沟道处于常开启状态，其阈值电压为负值，称之为p0状态，p1状态指的是当给sonos单元的sonos元件的栅控制端wls一个较高的负电压脉冲后，栅氧层ono中的电子被拉回衬底，栅氧的功函数随之改变，其阈值电压为正值，称之为p1状态，p0状态分支，p1状态分支再各自细分为bol状态和eol状态的子分支，每个子分支再根据sonos元件和fnpass元件细分为typical,fast和slow三种角模型分类，本发明通过这种树形分类能使设计人员在调用各分类角模型时非常清晰。

也就是说，本发明的角模型架构包含p0状态模型和p1状态模型，p0状态模型包含bol状态和eol状态两套参数选项，每套参数选项包含3套角模型参数，分别为bolp0(typicalsonos,typicalfnpass)、bolp0(fastsonos,fastfnpass)、bolp0(slowsonos,slowfnpass)以及eolp0(typicalsonos,typicalfnpass)、eolp0(fastsonos,fastfnpass)、eolp0(slowsonos,slowfnpass)，p1状态模型也包含bol状态和eol状态两套参数选项，每套参数选项包含3套角模型参数，分别为bolp1(typicalsonos,typicalfnpass)、bolp1(fastsonos,fastfnpass)、bolp1(slowsonos,slowfnpass)以及eolp1(typicalsonos,typicalfnpass)、eolp1(fastsonos,fastfnpass)、eolp1(slowsonos,slowfnpass)，其中，bol状态指的是器件未经过多次重复写入和擦除的初始状态，eol状态指的是器件经过多次重复写入和擦除并经高温长时间烘烤后的器件老化状态，sonos元件和fnpass器件为sonos电路单元的两个基本组成单元，bolp0(typicalsonos,typicalfnpass)、bolp0(fastsonos,fastfnpass)、bolp0(slowsonos,slowfnpass)和bolp1(typicalsonos,typicalfnpass)、bolp1(fastsonos,fastfnpass)、bolp1(slowsonos,slowfnpass)为在bol状态p0状态下的阈值电压vt、饱和电流以及漏电流的typical、fast、slow分布和p1状态下的vt的typical、fast、slow分布，eolp0(typicalsonos,typicalfnpass)、eolp0(fastsonos,fastfnpass)、eolp0(slowsonos,slowfnpass)和eolp1(typicalsonos,typicalfnpass)、eolp1(fastsonos,fastfnpass)、eolp1(slowsonos,slowfnpass)为在eol状态p0状态下的阈值电压vt、饱和电流以及漏电流的typical、fast、slow分布和p1状态下的vt的typical、fast、slow分布

图5为本发明一种sonos单元的角模型架构的调试方法的步骤流程图，图6为本发明实施例中sonos器件角模型构架的调试流程图。如图5及图6所示，本发明一种sonos单元的角模型架构的调试方法，包括如下步骤：

步骤s1，提取bol状态(器件未经过多次重复写入和擦除的初始状态)在typical条件下p0状态、p1状态的iv模型。也就是说，要先精确提取bol状态在typical条件下p0状态、p1状态的iv模型，typical条件下经过测试得到相应的iv曲线，用sonos元件和fnpass元件对应的bsim4模型进行参数提取，提取的顺序为先提取p0状态下的模型参数，再提取p1状态下的模型参数。具体地说，

p0状态参数提取：在这个基础上分别调整sonos元件的bsim4参数和fnpass元件的bsim4参数。选用的参数为(这些参数都是bsim4自带的模型参数)：

sonos:vth0,eta0,nfactor,voff,

fnpass:vth0

fnpass：vth0参数主要用于拟合图7a-7c中vwls(sonos元件的栅控制端wls的电压)大于等于0v时的电流，sonos：vth0(开启电压，longchannelthresholdvoltageatvbs＝0)参数主要用于拟合图7中vwls小于0时的电流，sonos：eta0(势垒降低dibl效应系数，diblcoefficientinthesubthresholdregion)用于调整不同vbl(bl的电压)电压的曲线间距，nfactor(亚阈值摆动因子，subthresholdswingfactor)、voff(亚阈值偏移电压，offsetvoltageinsubthresholdregionforlargewandl)用于拟合vwls小于0时的电流斜率。

p1状态参数提取：fnpass的器件参数已经通过p0状态确立，所以p1状态不再进行参数调整。对于sonos的器件参数，则调整sonos的vth0、eta0、nfactor、voff来拟合阈值电压和电流斜率，方式和p0状态时雷同。

图7a-7c是bol状态下p0的漏极电流-栅极电压(ids-vgs)关系图，图中实线是模型仿真结果，点线是实测数据，三张图分别为测试温度25度，vwl＝1.25v/1.8v/2.5v(图中为vbs)时的曲线，每张图中vbl＝0.4v/0.65v/0.9v/1.15v/1.4v(图中为vds)，vwls从-1.8v扫描到1.8v(图中为vgs)，仿真管子宽长比为w/l＝0.17/0.15，每张图里的曲线从上到下依次对应vbl＝1.4v/1.15v/0.9v/0.65v/0.4v。图8a-图8c是bol状态下p1的漏极电流-栅极电压(ids-vgs)关系图，图中实线是模型仿真结果，点线是实测数据，三张图分别为测试温度25度，vwl＝1.25v/1.8v/2.5v(图中为vbs)时的曲线，每张图中vbl＝0.4v/0.65v/0.9v/1.15v/1.4v(图中为vds)，vwls从-1.8v扫描到1.8v(图中为vgs)，仿真管子宽长比为w/l＝0.17/0.15，每张图里的曲线从上到下依次对应vbl＝1.4v/1.15v/0.9v/0.65v/0.4v。

步骤s2，选择各自的bsim4模型参数进行fast和slow的角模型调试。

具体地，步骤s2进一步包括：

步骤s200，对p0状态的fast、slow进行调试。具体地，步骤s200包括：

步骤s200a，根据p0状态的bol状态的fast和slow工艺分布得到的饱和电流上下限规格，选用fnpass元件的vth0对电流进行调试直到仿真数值和规格一致；

步骤s200b，再根据p0状态的bol状态的fast和slow工艺分布得到的阈值电压和漏电流上下限规格，选用sonos元件的vth0、u0(迁移率，low-fieldmobility)进行调试直到仿真的阈值电压和漏电流和规格一致，vth0调整阈值电压，u0调整slow条件下的漏电流。

步骤s201，于步骤s200完成后，将p0状态时候的fnpass器件的fast,slow角模型参数数值复制到p1状态的fnpass角模型里。在本发明中，这么做的原因在于无论是p0状态还是p1状态，fnpass元件本身的物理特性没有发生任何改变，因此fnpass的角模型分布可认为是一致的。

步骤s3，根据p1状态的bol状态的fast和slow工艺分布得到的阈值电压和漏电流上下限规格，对p1状态bol状态的sonos器件的vth0、u0参数进行调试，直到模型仿真数值和规格数值一致。

步骤s4，对eol状态时(器件经过多次重复写入和擦除并烘烤后的器件老化状态)的p0状态的iv曲线进行参数拟合，得到typical状态的vth0数值，根据bol状态的fast、slow参数变化幅度，对eol状态fast和slow参数进行相应的数值调整。本步骤开始考虑eol状态时sonos的角模型。由于经过上万次擦写操作和烘烤，sonos元件和fnpass元件都发生了一定程度的老化，因此，于步骤s4进一步包括：

步骤s400，首先会对eol状态时的p0状态的iv曲线做参数拟合，其拟合的模型参数依然是步骤s1中sonos和fnpass选定的参数，拟合方式和步骤s1类似；

步骤s401，于拟合完毕后，得到了typical状态的vth0数值，然后根据bol状态fast,slow参数变化幅度，在eol状态的fast和slow参数上做相应的数值调整。比如：bol状态时fnpass的vth0在typical时数值为1，在fast、slow时候数值分别为0.935和1.065，它的上下浮动幅度为+/-0.065，则当eol状态时fnpassvth0的typical数值为1.085时，eol状态fast和slow的数值就是1.02和1.15，这么做的原因是fnpass角模型的分布受工艺的线宽，栅氧厚度等因素影响，这些因素并不受器件老化影响。

步骤s5，根据已有的eol状态下p0状态的fnpass元件的角模型参数，再根据eol状态下p0状态的工艺分布得到的阈值电压上下限规格，调整sonos的vth0参数直到fast和slow参数的仿真数值和规格一致。

步骤s6，将eol状态下p1状态的fnpass的corner参数直接复制eol状态下p0状态的fnpass的corner参数。因为eol时p0和p1状态下fnpass的物理特性也不会有区别，所以eol状态下p1状态的fnpass的corner参数可以直接复制eol状态下p0状态的fnpass的参数。

步骤s7，根据已有的eol状态下p1状态的fnpass的角模型参数，再根据eol状态下p0状态的工艺分布得到的阈值电压上下限规格，调整sonos的vth0参数直到fast和slow的仿真数值和规格一致。

这里需说明的是，对常规cmos来说，除了先把typical条件的模型参数提取后，其余4个角模型不存在一个清晰的先后顺序，因为每一个角模型都各自独立，有各自对应的工艺分布的阈值电压和电流规格，只要根据各自规格去调整参数，如图1所示。但本发明之sonos器件因为有两个物理元件构成，并且它们的物理特性不相同，必须有一个严格的先后提取顺序以保证参数提取的合理性。

对常规cmos来说(如图1所示)，除了先把typical条件的模型参数提取后，其余4个角模型不存在一个清晰的先后顺序，因为每一个角模型都各自独立，有各自对应的工艺分布的阈值电压和电流规格，只要根据各自规格去调整参数。但本发明的sonos器件因为有两个物理元件构成，并且它们的物理特性不相同，必须有一个严格的先后提取顺序以保证参数提取的合理性。

本发明通过建立的角模型，对sonos电路单元的bol、eol、p0、p1状态的typical、fast、slow三个工艺角的仿真，并把仿真结果和实测数据叠加，从iv曲线上便能方便的看到器件特性的工艺分布窗口，如图9a-图9d所示，其中每张图里的各工艺角(typical、fast、slow)仿真曲线从上到下依次对应vbl＝1.4v/1.15v/0.9v/0.65v/0.4v。

综上所述，本发明一种sonos单元的角模型架构及其调试方法，基于常用的bsim4模型，针对构成sonos基本电路单元的两个基本器件(即sonos元件和fnpass元件)的工作原理，分别在bol和eol(bol为器件初始状态，eol为经过上万次电子写入和擦除并且在高温下烘烤后的器件老化状态)状态下器件物理特性和工艺分布，实现了一种即能方便使用又能准确反映角模型工艺分布的技术，使得设计人员在使用该套角模型时能够得到更加合理的仿真数值分布。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。