(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111480765.6 (22)申请日 2021.12.0 6 (71)申请人 北京华大九天科技股份有限公司 地址 100102 北京市朝阳区利泽中二路2号 A座2层 (72)发明人 郭超　雍晓　陈彬　江荣贵　 石华俊　 (74)专利代理 机构 北京德崇智捷知识产权代理 有限公司 1 1467 代理人 王金双 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种快速的老化仿真 分析方法 (57)摘要 一种快速的老化仿真分析方法， 包括以下步 骤： 基于MOSFET建立宏模型； 建立宏模型的SPICE 网表， 设置表征MOSFET特征参数受BT I效应和/或 HCI效应的时间积累效果的节点参数； 通过SPICE 仿真得到时序电路随着老化时间推移的特征变 化。 该发明在不需要提供包含老化效应的SPICE 模型的情况下， 基于MOSFET建立宏模型， 用电容 的电荷积累效应， 模拟MOSFET特征参数在BTI效 应和HCI效应的影响下， 随老化时间而退化的趋 势， 从而在单次仿真中观察到时序电路随着老化 时间推移的特征变化， 为包含老化分析的时序验 证提供依据。 权利要求书1页 说明书7页 附图2页 CN 114021392 A 2022.02.08 CN 114021392 A 1.一种快速的老化仿真 分析方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 基于 MOSFET建立宏模型； 步骤2， 建立宏模型的SPICE网表， 设置表征MOS FET特征参数受BTI效应和/或HCI效应的 时间积累效果的节点 参数； 步骤3， 通过S PICE仿真得到时序电路随着老化时间推移的特 征变化。 2.根据权利要求1所述的快速的老化仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤2中还包括： 设置MOSFET的退化 率， 所述MOSFET的退化 率包括阈值电压、 Idsat与Idl in的退化率。 3.根据权利要求1所述的快速的老化仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤2中还包括： 如果无法获取节点参数， 则在给定时钟频率下， 对包含MOSFET的宏模型各自进行SPICE仿 真， 调整宏模 型中各个受控源的增益， 使 得仿真M个周期后阈值电压的变化量， 与老化N年后 阈值电压的参考退化量相等； 使得仿真M个周期后沟道电流的变化率， 与老化N年后Idsat 和/或Idl in的退化率相等， 由此确定NMOS与PMOS宏模型中各个受控 源的增益系数。 4.根据权利要求1所述的快速的老化仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤3 中还包括： 在时序电路的SPICE仿真中， 把网表里的MOSFET替换为宏模型， 使得时序路径中的各个单 元， 在实际的栅极偏压和沟道电流的大小和时间积累的影响下， 不断调整基于宏模型 的阈 值电压与沟道电流， 从而用工作M个周期后的时序特性， 模拟时序电路退化N年后的时序特 性。 5.根据权利要求1所述的快速的老化仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤3 中还包括： 在所述宏模型中， 通过受控源采集MOSFET栅源负偏的大小和时间， 将其转换为电流信号对 电容充电。 6.根据权利要求1所述的快速的老化仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤3 中还包括： 在所述宏模型中， 通过受控 源采集MOSFET的漏电流， 将其 转换为电流信号对电容充电。 7.根据权利要求1所述的快速的老化仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤3 中还包括： 在所述宏模型中， 将充电 电容上的电压作为控制源， 将受控电压源串联到 MOSFET的栅极上。 8.根据权利要求1所述的快速的老化仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤3 中还包括： 在所述宏模型中， 将充电电容上的电压作为控制 源， 将受控电流源与MOSFET宏模型的漏源 端并联。 9.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 所述计算机程序运 行时执行权利要求1至8任一项所述的快速的老化仿真 分析方法步骤。 10.一种快速的老化仿真分析设备， 其特征在于， 包括存储器和 处理器， 所述存储器上 储存有在所述处理器上运行的计算机程序， 所述处理器运行所述计算机程序时执行权利要 求1至8任一项所述的快速的老化仿真 分析方法步骤。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114021392 A 2一种快速的老化仿真分析方 法 技术领域 [0001]本发明涉及EDA设计领域， 特别是 涉及快速的老化仿真 分析方法。 背景技术 [0002]随着半导体工艺尺寸的急剧缩小及芯片集成度的不断提高， 电子电路在使用过程 中的老化现象变得异常严重。 老化效应会导致晶体管的性能下降， 阈值电压升高， 逻辑单元 的翻转变慢， 最 终引起数字电路逻辑 失效。 老化效应与半导体的制造工艺相关， 同时也受工 作电压、 温度、 信号翻转率(Swit ch Activity,SA)及信号占空比(Signal  Probability,SP) 的影响。 在老化的不同层次， 数字电路会有不同的性能表现。 老化是影响数字电路可靠性的 主要因素之一。 [0003]导致数字电路老化有多种因素， 一般为偏压温度不稳定性(Bias  Temperature   Instability， BTI)、 热载流子注入(Hot  Carrier Injection， HCI)、 经时介质击穿(Time   Dependent Dielectric  Breakdown， TDDB)及电迁移(Election  Migration， EM)等效应。 其 中BTI效应主要出现在P型MOSFET(Metal ‑Oxide‑Semiconductor  Field‑Effect  Transistor)的反型工作区， 由栅极相对于源漏及衬底的负栅压引起， 负栅压越高、 持续时 间越久， 产生的退化就越严重； HCI效应是MOSFET在沟道开启时， 电子运动的过程中受隧穿 效应的影响， 离开衬底进入了栅氧化层， 从而改变了MOSFET的阈值电压； EM效应是金属线在 电流和温度作用下产生的金属迁移现象， 它可能使 金属线断裂， 从而影响芯片的正常工作； TDDB效应是MOSFET在持续的栅压下 处于积累状态， 经过一段时间后， 氧化膜有可能击穿， 引 起器件失效。 [0004]以上四种效应中， BTI和HCI主要导致开关速度的缓慢降低， EM和TDDB主要导致随 机的崩溃性失效。 在采用SPICE(Simulation  Program  With Integrated  Circuit  Emphasis)仿真的方式对数字电路进行老化分析时， 通常考虑BTI和HCI效应对MOSFET模型 的影响。 业界普遍的做法是， 基于SPICE仿真器的类型， 由晶圆厂或芯片设计厂商提供给定 工艺节点下包含老化效应的SPICE晶体管模型(以下简称SPICE模型)， 对时序电路进行 SPICE仿真。 在仿真过程中， 基本流程可以分为两步： 首先是在较小的仿真时间内进行应力 (stress)仿真， 当SPICE模型包含老化效应时， SPICE仿真器可以得到此时间段内各个 MOSFET的参数特性； 然后进行时序仿真， 同时由仿真器对上一步得到的MOSFET参数按老化 时间比例进行外推， 调整MOSFET的S PICE模型参数来模拟老化以后的器件开关特性。 [0005]上述老化仿真方法有一些局限性， 导 致老化仿真在实际应用中存在较高门槛： [0006]1.晶圆厂不 一定提供 给定工艺节点的老化模型； [0007]2.老化模型是基于SPICE仿真器类型和SPICE基本模型版本开发的， 一旦切换到其 它仿真器或S PICE模型版本， 就需要重新 生成； [0008]3.老化模型的算法需要在SPICE仿真器内部处理， 或者以链接库等黑盒子的方式 提供， 调试或者 修改起来比较困难； [0009]4.单次老化分析需要至少两次仿真(st ress仿真与时序仿真)， 流 程上比较复杂；说　明　书 1/7 页 3 CN 114021392 A 3