CN1728150A

CN1728150A - 一种实现模拟集成电路相对精度模型的方法

Info

Publication number: CN1728150A
Application number: CN 200410053291
Authority: CN
Inventors: 邹小卫
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2006-02-01

Abstract

本发明公开了一种实现模拟集成电路相对精度模型的方法，它包括如下步骤：(1)建立反映工艺状态的普通SPICE器件模型；(2)测试反映该工艺相对精度的实验数据，并总结ΔVt的标准偏差、ΔIon的标准偏差与器件尺寸的关系；(3)在普通SPICE器件模型的基础上，对其中的VTHO、TOX、UO、VSAT参数进行修正，建立对应的相对精度模型；(4)最后将相对精度模型与普通SPICE模型综合到一个模型文件中。本发明可简化模型使用的便利性，提高集成电路设计者的工作效率与准确性。适用于集成电路的设计，进行电路模拟。

Description

一种实现模拟集成电路相对精度模型的方法

技术领域

本发明涉及实现模拟集成电路仿真模型的方法，特别是涉及一种实现模拟集成电路相对精度模型的方法。

背景技术

与数字IC(integrated circuit集成电路)不同，在模拟集成电路设计中，器件之间的相对精度(Mismatch)具有非常重要的影响，如产品合格率的提高，设计生产周期的缩短等等。但是，在任何半导体工艺中，由生产系统的变化导致的相对精度都是客观存在的、不可能消除的。因此，模拟集成电路设计中对相对精度进行仿真就变得特别有必要。

目前，器件模型中有关相对精度仿真的部分还没有公认的统一的标准，更没有可让集成电路设计者方便使用的SPICE(集成电路增强模拟程序)模型。目前各半导体制造企业在相对精度方面普遍使用的是如图1所示的图片或表格式的数据。

对于设计者而言，这种格式的数据在使用上是极其不方便的，只能对相对精度进行大概估计，没有可直接仿真的模型。而要将这些实验数据估算到设计的电路中做仿真，需要对网表进行特别的改动，这只有很有经验的设计者才有此能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种实现模拟集成电路相对精度模型的方法，它可直接提取出对应于半导体器件在相对精度方面的模型，并可与普通器件模型一样被电路设计仿真软件直接调用，简化模型使用的便利性，提高集成电路设计者的工作效率与准确性。

为解决上述技术问题，本发明的一种实现模拟集成电路相对精度模型的方法，包括如下步骤：

1.建立反映工艺状态的普通SPICE器件模型，包括各Corner(在统计基础上，为反映工艺的变化而建立的模型)模型；

2.测试反映该工艺相对精度的实验数据，并总结ΔVt的标准偏差、ΔIon的标准偏差与器件尺寸的关系；

3.在普通SPICE器件模型的基础上，对其中的VTH0、TOX、U0、VSAT参数按以下公式进行修正，建立对应的相对精度模型：

VTH0＝VTH0’+DVTH0

U0＝U0’*(1+DU0)

VSA7＝VSAT’*(1+DVSAT)

TOX＝TOX’*(1+DTOX)

其中VTH0’、U0’、VSAT’、TOX’是普通SPICE模型中所对应参数的值，DVTH0、DU0、DVSAT、DTOX是为模拟相对精度现象在对应参数基础上引入的偏差量，其分别按下式计算：

DVTH0＝A1/sqrt(Width*Length)+B1

DU0＝A2*(Width*Length)+B2

DVSAT＝A3/sqrt(Width*Length)+B3

DTOX＝A4/(Width*Length)+B4/sqrt(Width)+C4/sqrt(Length)

其中Width，Length是仿真所用器件沟道宽与长，sqrt为平方根函数，而A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4、C4要根据相对精度实验数据进行提取；

4.最后将相对精度模型与普通SPICE模型综合到一个模型文件中。

应用本发明，器件模型工程师在测量的相对精度数据基础上可直接提取出对应的相对精度模型，并可被电路设计仿真软件(如HSPICE，SPECTRE)直接调用，极大地提高了相对精度模型使用的便利性、集成电路设计工作的效率与准确性，大大降低了集成电路设计者仿真相对精度现象所需的技能。

附图说明

图1是现有的模拟集成电路进行相对精度仿真使用的图片；

图2是应用本发明NMOS Vt相对精度测试值与模型仿真值进行比较的示意图；

其中：点代表测试值，线代表仿真值；

图3是应用本发明PMOS Vt相对精度测试值与模型仿真值进行比较的示意图；

其中：点代表测试值，线代表仿真值。

具体实施方式

为了让集成电路设计者可以直接调用相对精度模型进行仿真，关键是如何在普通SPICE模型基础上制作既能反映生产工艺状态，又便于用仿真软件进行调用的相对精度模型文件。本发明通过对器件模型参数、格式及其调用方法等作适当改变，找到了一种直接实现相对精度仿真的方法，并且通过调节适当参数的值，可使仿真结果与相对精度测试数据基本一致。具体方法如下：

1.建立反映工艺状态的普通SPICE器件模型，包括各Corner模型(如TT、FF、SS、FS、SF)；

2.测试获得能反映该工艺相对精度的实验数据，并总结ΔVt的标准偏差、ΔIon的标准偏差与器件尺寸的关系；

VTH0＝VTH0’+DVTH0

U0＝U0’*(1+DU0)

VSAT＝VSAT’*(1+DVSAT)

TOX＝TOX’*(1+DTOX)

其中VTH0’、U0’、VSAT’、TOX’是普通SPICE模型中所对应参数的值，而VTH0、U0、VSAT、TOX是相对精度SPICE模型中所对应参数的值，DVTH0、DU0、DVSAT、DTOX是为模拟相对精度现象在对应参数基础上引入的偏差量，其分别按下式计算：

DVTH0＝A1/sqrt(Width*Length)+B1

DU0＝A2*(Width*Length)+B2

DVSAT＝A3/sqrt(Width*Length)+B3

DTOX＝A4/(Width*Length)+B4/sqrt(Width)+C4/sqrt(Length)

其中Width，Length是仿真所用器件沟道宽与长，sqrt为平方根函数，而A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4、C4要根据相对精度实验数据进行提取。提取方法是仿真相同环境下普通SPICE器件模型与相对精度模型的ΔVt、ΔIon与器件尺寸的关系，使之与实验数据基本一致。不同工艺，不同类型的器件，A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4都可能有不同的值；

4.最后将相对精度模型与普通SPICE模型综合到一个模型文件中，注意在网表中使用时需同时调用这二个模型，并且使器件的尺寸参数化，以便计算相对精度偏差量的公式使用。

下面结合一个具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

这是一个按上述方法在0.25um工艺上建立的相对精度器件模型实例：

*****普通Corner模型的LIB*******

.LIB TT

.PARAM

+TOXN ＝6E-009 TOXP ＝6.3E-009

+VTH0N ＝0.394052 VTH0P ＝-0.5053403

+VSATN ＝8.1568E4 VSATP ＝1.118E5

……

.LIB′路径/模型文件名′普通模型LIB名

.ENDL TT

**

.LIB FF

.PARAM

+TOXN ＝5.7E-009 TOXP ＝6.0E-009

+VTH0N ＝0.290952 VTH0P ＝-0.4282403

+VSATN ＝7.9244E4 VSATP ＝8.71703E4

……

.LIB′路径/模型文件名′普通模型LIB名

.ENDL FF

**

.LIB SS

.PARAM

+TOXN ＝6.3E-009 TOXP ＝6.6E-009

+VTH0N ＝0.498852 VTH0P ＝-0.5913403

+VSATN ＝8.1338E4 VSATP ＝1.33108E5

……

.LIB′路径/模型文件名′普通模型LIB名

.ENDL SS

*

.LIB SF

.PARAM

+TOXN ＝6E-009 TOXP ＝6.3E-009

+VTH0N ＝0.494252 VTH0P ＝-0.4055403

+VSATN ＝8.1568E4 VSATP ＝1.118E5

……

.LIB′路径/模型文件名′普通模型LIB名

.ENDL SF

*

.LIB FS

.PARAM

+TOXN ＝6E-009 TOXP ＝6.3E-009

+VTH0N ＝0.293752 VTH0P ＝-0.6052403

+VSATN ＝8.1568E4 VSATP ＝1.118E5

……

.LIB′路径/模型文件名′普通模型LIB名

.ENDL FS

*

*****Mismatch Corner模型的LIB*******

.LIB MIS

.PARAM

+DVTH0N ＝′0.0073*1E-6/SQRT(NCHW*NCHL)+0.0013′

+DU0N ＝′0.0018-0.0003*1E-10*(NCHW*NCHL)′

+DVSATN ＝′-0.007*1E-6/sqrt(NCHW*NCHL)+0.0002′

+DTOXN ＝′-4.5e-9/sqrt(NCHW*NCHL)-9.5e-7/sqrt(NCHW)′

+DVTH0P ＝′-0.0160*1E-6/SQRT(PCHW*PCHL)+0.0002′

+DU0P ＝′0.00032-0.0005*1E10*(PCHW*PCHL)′

+DVSATP ＝′-0.0002*1E-6/SQRT(PCHW*PCHL)-0.0004′

+DTOXP ＝′-16.2e-9/sqrt(PCHW*PCHL)+9.5e-7/sqrt(PCHW)′

.LIB′路径/模型文件名′ mismatch模型LIB名

.ENDL MIS

**********************

******普通模型LIB，只列出了需调整的几个参数*************

.LIB MOS

.MODEL NENH NMOS

***********************************************************

……

+TOX ＝TOXN

+U0 ＝0.0447136

+VTH0 ＝VTH0N

+VSAT ＝VSATN

……

***********************************************************

*

.MODEL PENH PMOS

***********************************************************

……

+TOX ＝TOXP

+U0 ＝0.01054361

+VTH0 ＝VTH0P

+VSAT ＝VSATP

……

***********************************************************

.ENDL MOS

*

******Mismatch模型LIB，只列出了需调整的4个参数*********

**************************************************

.LIB MOS_MIS

.MODEL NENH_M NMOS

***********************************************************

……

+TOX ＝′TOXN*(1+DTOXN)′

+VTH0 ＝′VTH0N+DVTH0N′

+U0 ＝′0.0447136*(1+DU0N)′

+VSAT＝′VSATN*(1+DVSATN)′

……

*

***********************************************************

*

.MODEL PENH_M PMOS

***********************************************************

……

+TOX ＝′TOXP*(1+DTOXP)′

+VTH0 ＝′VTH0P+DVTH0P′

+U0 ＝′0.01054361*(1+DU0P)′

+VSAT ＝′VSATP*(1+DVSATP)′

……

***********************************************************

.ENDL MOS_MIS

*********************************************************

在上述实施例中可以看出，将相对精度模型与普通器件模型综合到一个模型文件中，每种器件只需建立一个带相对精度偏差量的Corner LIB与模型，LIB只需包含相对精度偏差量参数，如NMOS的DVTH0N、DU0N、DVSATN、DTOXN，PMOS的DVTH0P、DU0P、DVSATP、DTOXP等。在相对精度模型中，只需在普通器件模型基础上加上各自的偏差量即可。

调用相对精度模型时要使仿真中器件的尺寸参数化，如在HSPICE中：

.param nchw＝10u nchl＝10u pchw＝10u pchl＝10u

另外，在仿真时需要同时调用普通器件模型与相对精度器件模型，并且相对精度模型可与几个普通器件模型中的任意一个进行组合，集合仿真不同模型下的相对精度现象。如在HSPICE中：

.lib′./模型文件名′tt

.lib′./模型文件名′mis

M1 D GSB nenh W＝nchw L＝nchl

M2 D GSB nenh_m W＝nchw L＝nchl

本发明整合了相对精度模型与普通的器件模型，极大地简化了相对精度模型使用方法，大大提高集成电路设计者的工作效率与准确性。图2与图3是依本发明建立的相对精度模型仿真值与实测数据的比较，可以看出模型可以很好地仿真出与实测数据一致的结果。

Claims

1.一种实现模拟集成电路相对精度模型的方法，其特征在于，它包括如下步骤：

(1)建立反映工艺状态的普通SPICE器件模型，包括各Corner模型；

(2)测试反映该工艺相对精度的实验数据，并总结ΔVt的标准偏差、ΔIon的标准偏差与器件尺寸的关系；

(3)在普通SPICE器件模型的基础上，对其中的VTHO、TOX、UO、VSAT参数按以下公式进行修正，建立对应的相对精度模型：

VTHO＝VTHO’+DVTHO

UO＝UO’*(1+DUO)

VSAT＝VSAT’*(1+DVSAT)

TOX＝TOX’*(1+DTOX)

其中VTHO’、UO’、VSAT’、TOX’是普通SPICE模型中所对应参数的值，DVTHO、DUO、DVSAT、DTOX是为模拟相对精度现象在对应参数基础上引入的偏差量，其分别按下式计算：

DVTHO＝A1/sqrt(Width*Length)+B1

DUO＝A2*(Width*Length)+B2

DVSAT＝A3/sqrt(Width*Length)+B3

DTOX＝A4/(Width*Length)+B4/sqrt(Width)+C4/sqrt(Length)

(4)最后将相对精度模型与普通SPICE模型综合到一个模型文件中。

2.如权利要求1所述的一种实现模拟集成电路相对精度模型的方法，其特征在于：步骤(3)所述的相对精度实验数据提取方法是仿真相同环境下普通SPICE器件模型与相对精度模型的ΔVt、ΔIon与器件尺寸的关系，使之与实验数据一致。

3.如权利要求1所述的一种实现模拟集成电路相对精度模型的方法，其特征在于：在仿真时需要同时调用普通器件模型与相对精度器件模型，并且相对精度模型可与几个普通器件模型中的任意一个进行组合，集合仿真不同模型下的相对精度现象；并且使仿真中器件的尺寸参数化。