摘要 伴随集成电路工艺的不断发展，在实施设计芯片期间，晶体管器件可靠性问题已经成为一项重要的内容。Cadence的可靠性仿真分析工具RelXPert能够对于计算MOS器件的热载流子注入效应以及
摘要：伴随集成电路工艺的不断发展，在实施设计芯片期间，晶体管器件可靠性问题已经成为一项重要的内容。Cadence的可靠性仿真分析工具RelXPert能够对于计算MOS器件的热载流子注入效应以及负偏置温度不稳定性和正偏置温度不稳定性效应进行仿真。未获得到最佳的仿真成效，本研究展开RelXPert简档模式仿真流程设计，采取这种科学的RelXPert简档模式，能够使得电路可靠性仿真结果更具有精准度，将设计性能明显的提升。
关键词：集成电路;可靠性分析;简档模式;研究的研究及实现
伴随着社会集成电路产业的不断发展以及进步，在集成化的程度方面具有相应的提升和发展，模仿仿真运算属于具有更加重要的地位，同时也更加高度的重视器件可靠性仿真分析。CadenceVirtuosoRelXPert仿真器属于器件级的测试PBTI以及NBTI、HCI效应的仿真工具，并且可以跟传统常规SPICE仿真工具进行共同的运行工作，科学计算出PBTI以及NBTI、HCI效应帮助集成电路设计者对于设计阈值以及优化设计方案更好的利用，让电路在一种平稳、安全的工作环境下。
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1MOS器件退化效应概况
MOS器件属于展开研究工作的重要性基础内容，MOS器件一共涉及到三个主要退化效应。首先，MOS器件热载流子注入效应(HCI)，其属于重要的限制超大规模集成电路最大器件密度以及影响MOS器件特性退化的关键性方面之一。其包括两种形式，一种是衬底热载流子注入效应，另一种是沟道热载流子注入效应。
通过衬底结的漏电流和倍增电流所产生的即为衬底热载流子，如果器件尺寸接近纳米的范围之中，则很多衬底热载流子会经强沟道电场渠道在源和漏区到达，进而出现降低衬底热载流子注入效应的情况。另外沟道中在高电场下运动的电荷和倍增电荷产生的就是沟道载流子效应，也属于重要研究的对象。包括MOS器件衬底电流和栅电流模型、热载流子寿命模型、热载流子退化模型。其次，负偏置温度不稳定性(NBTI)效应。其属于PMOS器件出现负偏置温度不稳定性情况，能够导致阈值电压在温度、栅电压应力发生变化的情况下形成漂移情况。NBTI效应中界面态产生的模型包括电化学反应模型、氧反应模型。最后，正偏置温度不稳定性(PBTI)效应，其属于在NMOS晶体管上形成的一种正偏置温度不稳定性情况，并且具有跟NBTI相近的发生机理、运算的方式。
2RelXPert简档模式研究与实现
2.1传统可靠性分析流程以及自限制现象
传统形式的可靠性分析流程内，需要提供给器件持续的应力环境，推动形成相应退化效应，经对于器件的I-V以及C-V特性展开测量获得到相关的跟应力条件对应器件可靠性退化模型数据资料。之后，通过RelXPert仿真工具，针对器件以及电路工作实施计算，获得可靠性模型，进而仿真分析以及计算电路中器件的退化，同时进行预测器件或者电路寿命。但是，电路工作期间，通常出现器件衰退并非线性发展问题，加之外部应力出现不间断性的改变，导致很难在某时间点以及固定外部应力条件下，收到可靠性参数值，对于电路工作期间全部退化情况实施预测，进而形成计算误差现象。所以，传统仿真模式不能达到精准的可靠性分析效果。
2.2RelXPert简档模式流程的设计情况
为实现良好的改善传统可靠性分析期间不能对于工作电压和温度应力条件进行改善的情况，和存在的NBTI以及PBTI、HCI退化效应的自限制情况，可以采取科学合理的简档模式的处理模式。其后续的可靠性分析总数，建立在之前已有可靠性分析结果取得老化电路网表基础之上，所以良好的规避开自限制弊端。
首先，展开通常模式下的对第一个网表实施可靠性分析，对于器件、电路退化值展开计算，同时应该保障对于RelXPert设置进行保存，目的就是为后续的应用提供便利性。其次，prebert1程序进行共同计算第一部结果first.ba0、第二个网表second.sp，得到第一步退化后应力条件变化中与之对应老化网表。采取SPICE仿真器，对于老化表展开仿真实现有关器件部分电流电压波形的输出，提供给postbert程序分析。之后产生了second.ba0、second.bo0。并实施prebert2程序，形成第二步后的老化网表，最终得到的.age值是前两次之和。最后，同前一个程序相同，prebert1程序一同计算第二步结果second.ba0、第三个网表third.sp，产生一个全新老化网表。再展开不断的重复循环，一直到全部的完成解决应力条件改变值，获得最后的器件/电路退化结果以及寿命。
2.3RelXPert简档模式的具体实现
RelXPert简档模式存在诸多描述不同应力条件的电路网表，以及能够对于SPICE仿真进行较多次的调用，所以应该建立RelXPert网表类型、SPICE仿真有关信息内容，也就是应用配置文件作输入进行定义以及设置有关内容。应用RelXPert简档模式相对便捷，即在命令行中直接的将“rxprofile”进行输入，也可以直接的进行输入配置文件名。配置文件设置的形式较多，包括应力条件各异的电路网表、SPICE仿真器路径以及电路网表类型等。简档模式，遵循用户实际需求，RelXPert可以具备.profile_names(对于不同应力条件的电路网表文件列表展开仿真，需要于配置文件进行定义)、.iteration(指定网表和迭代次数)、.agestep(不同时间点计算网表)、.agepoint(指定网表和每一步的时间点)几种渐进退化方式仿真。结束仿真之后，能够于工作目录下获得仿真结果文件，对于三个不同阶段的退化状态可以让用户自行的查看。3RelXPert简档模式的应用和分析论证
3.1MOS器件退化率与外部应力条件的关系
为将器件退化率跟模型主要参数和应力条件关联性具有更好的理解以及把握，实施仿真验证MOS管的退化效应至关重要。即对于MOS器件参数以及外部应力条件进行改变，采取RelXPert实施仿真分析，计算出各效应影响器件退化率的情况。以通过两个NMOS管以及PMOS管形成的反相器电路作为例子，从输入端部位进行接连PWL信号源，将外部的温度以及电源电压和老化时间等等指标进行改变。结果显示，NMOS管HCI退化值于最佳环境中时，伴随温度的提升出现增加的情况，同时MOS器件的退化效应同时间之间显著的正相关联性，MOS器件HCI跟NBTI退化效应伴随增加偏置电压出现提升的情况。
3.2传统可靠性分析流程与简档模式对比情况
传统可靠性分析流程期间，如果在NMOS管沟道两端进行加载的电压具有不变的情况，调用BSIMPro+所提取HCI效应可靠性模型参数从零时刻起，对于不同时间点后此管退化状态进行计算，最终获得传统流程计算结果。但是对于简档模式分析而言，是经前期阶段实验室得到的每一时间点，管沟道两端部位电压值情况，构建起存在不同电压值的网表，以.profile_names模式，展开仿真计算电压变化。并且简档模式期间应用到HCI效应可靠性模型参数，相同于传统的流程，但是在器件工作时发生的电压变化因素方面上，简档模式具有更充分的考虑，最终得到更精准的分析计算结果。而且简裆模式与实际情况相比具备更高的吻合度，可将误差率降至最低。
3.3简档模式的分析总结
简档模式能够对于温度和电压等外部应力条件改变情况进行积极的考虑，此功能对于芯片级中仿真以及寿命估算电路整体可靠性非常关键，可以容易掌握住很多外部应力于电路工作期间同使用寿命具有紧密关联性的信息资料。展开可靠性分析时，能够良好的平衡精度和仿真器运行时间以及速度，进而实施科学有效的，具有较高实用性的仿真流程以及模式。
4结语
集成电路器件可靠性分析工具具有更高的要求标准，即速度以及精度两项内容，能够对于产品生存形成重要影响。研究以及发展RelXpert可以在提升器件退化效应计算精度方面发挥出重大的意义，未来需要不断的加大力度研究，获得到更好的研究成果。
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