JP2002169850A - Simulation method, storage medium, and method for manufacturing semiconductor integrated circuit - Google Patents

Simulation method, storage medium, and method for manufacturing semiconductor integrated circuit

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JP2002169850A
JP2002169850A JP2000365307A JP2000365307A JP2002169850A JP 2002169850 A JP2002169850 A JP 2002169850A JP 2000365307 A JP2000365307 A JP 2000365307A JP 2000365307 A JP2000365307 A JP 2000365307A JP 2002169850 A JP2002169850 A JP 2002169850A
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coefficient
reverse
component
flowing
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JP2000365307A
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Japanese (ja)
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Katsumi Tsuneno
克己 常野
Mitsuru Miyamori
充 宮森
Kazunori Onozawa
和徳 小野沢
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the precision of circuit simulation. SOLUTION: When a model expression of a device is used to perform circuit simulation in a computer (S16), the model expression is made to include a part indicating a forward current component flowing to a pn junction part in the forward direction with voltage dependence and a part indicating a reverse current component flowing to the pn junction part in the reverse direction with voltage dependence. Therefore, the forward current component and the reverse current component can be individually adapted to the model expression, and thus both of forward characteristics and reverse characteristics of the pn junction part are obtained with a high precision, and the precision of circuit simulation performed by using the computer is improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、一つの半導体チッ
プに形成されるべき回路を設計するために、コンピュー
タ(電子計算機)に供給されるところの設計に関するデ
ータ若しくはプログラムが記憶された記憶媒体、及び回
路設計を支援するためのシミュレーション方法、並びに
半導体集積回路の製造方法に関し、例えばMOSトラン
ジスタの微細化により高濃度のpn接続部ができ、そこ
でのリーク電流が無視できないような半導体集積回路の
設計及び製造に利用して有効な技術に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a storage medium storing design data or a program to be supplied to a computer (electronic computer) for designing a circuit to be formed on one semiconductor chip. The present invention relates to a simulation method for supporting circuit design, and a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit. And technology that is effective for use in manufacturing.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI(半導体集積回路)設計工程に
は、機能設計工程、論理設計工程、デバイス設計工程、
回路設計工程、レイアウト設計工程などが含まれる。こ
のうち、回路設計工程においては、論理セルライブラリ
に使用する基本論理単位と、デバイス設計によって得ら
れたトランジスタライブラリとが使用され、それらが適
宜に組み合わされる。回路性能は、回路シミュレータに
よって予測可能とされる。また、電源変動、温度変動、
クロックの分配、クリティカルパスの余裕度、ファンア
ウトの余裕度など、より詳細な検証が電気的回路モデル
に基づいて検証される。
2. Description of the Related Art An LSI (semiconductor integrated circuit) design process includes a function design process, a logic design process, a device design process, and the like.
It includes a circuit design process, a layout design process, and the like. Among them, in the circuit design process, a basic logical unit used for a logic cell library and a transistor library obtained by device design are used, and these are appropriately combined. The circuit performance can be predicted by a circuit simulator. In addition, power fluctuation, temperature fluctuation,
More detailed verification, such as clock distribution, critical path margin, and fan-out margin, is verified based on the electrical circuit model.

【0003】回路シミュレーションプログラムとして
は、UCB(カリフォルニア大学バークレー校)で開発
され、ソースコードが一般公開されているSPICE
(Simulation Program with Integrated Circuit Empha
sis)が広く使われている。MOSトランジスタモデ
ル、すなわち電流源モデルとしては、MOSトランジス
タプロセス技術の進歩に伴って、様々なモデルが提案さ
れている。例えばその一例として、BSIM3(Berkele
y Short IGFET Model Version3)を挙げることができ
る。
[0003] As a circuit simulation program, SPICE developed by UCB (University of California, Berkeley) and whose source code is open to the public.
(Simulation Program with Integrated Circuit Empha
sis) is widely used. As a MOS transistor model, that is, a current source model, various models have been proposed with the progress of MOS transistor process technology. For example, BSIM3 (Berkele
y Short IGFET Model Version3).

【0004】回路シミュレーションにおいて使用される
デバイスモデルの正確さは、LSI設計において非常に
重要になる。例えば上記BSIM3は、物理をベースと
したMOSトランジスタモデルであり、サブミクロン設
計で要求される正確さに対応している。また、幾何学や
温度効果も考慮されており、スケーリングができること
や、統計解析に適していることもそれの特徴点とされて
いる。それは旧モデル(BSIM1,BSIM2)に比
べて、正確さやパラメータ抽出などの面において微細化
プロセスに有効な特性を持たせることが可能とされてい
る。
The accuracy of a device model used in circuit simulation becomes very important in LSI design. For example, the BSIM3 is a physics-based MOS transistor model, and corresponds to the accuracy required for submicron design. In addition, geometrical and temperature effects are also taken into account, and its features include being able to be scaled and being suitable for statistical analysis. As compared with the old models (BSIM1 and BSIM2), it is possible to provide the microfabrication process with effective characteristics in terms of accuracy and parameter extraction.

【0005】尚、半導体装置の回路シミュレーション方
法について記載された文献の例としては、特開平9−1
06416号公報がある。
An example of a document describing a circuit simulation method for a semiconductor device is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-1.
No. 06416.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ソース・ドレインとウ
ェル領域との接合部の不純物濃度が高くなると、当該接
合部のリーク電流が増大されてしまい、pn接合による
ダイオード特性は、標準的なダイオードモデルから大き
くずれてしまう。これは、伝導帯の電子と価電子帯の正
孔が直接的に再結合する(これを「バンド間再結合」と
いう)が、半導体内部の不純物に起因するためであり、
この現象をSRH(Shockley-Read-Hall)現象と称する。
尚、上記「バンド間再結合」については、1991年8
月20日にマグロウヒル出版株式会社から発行された
「半導体デバイスの基礎(第141頁〜第147頁)」
に記載されている。
When the impurity concentration at the junction between the source / drain and the well region increases, the leakage current at the junction increases, and the diode characteristics due to the pn junction are reduced by a standard diode model. Greatly deviated from This is because electrons in the conduction band and holes in the valence band recombine directly (this is referred to as “inter-band recombination”) due to impurities inside the semiconductor.
This phenomenon is called SRH (Shockley-Read-Hall) phenomenon.
The above “inter-band recombination” is described in August 1991.
"Basics of Semiconductor Devices (Pages 141 to 147)" issued by McGraw-Hill Publishing Co., Ltd. on March 20
It is described in.

【0007】例えばnチャネル型MOSトランジスタに
おいては、図9(a)に示されるようにpウェル(p−
well)領域にn+領域が形成され、このn+領域の上
にソース電極又はドレイン電極が形成されるSD(Singl
e Drain)構造、図9(b)に示されるようにn+領域の
隣にn-領域を設けることでホットキャリア対策を図っ
たLDD構造、図9(c)に示されるようにn+領域及
びn-領域とpウェル領域との間にこのpウェル領域よ
りも不純物濃度が高いp-領域を設けることでショート
チャネル効果の抑制を図ったHalo構造などを挙げる
ことができる。このうち、SD構造やLDD構造におい
てはpn接合部におけるウェル領域の不純物濃度が比較
的低いために、上記のSRH現象は無視することができ
るが、Halo構造の場合のようにpn接合部の不純物
濃度が高くなると、SRH現象が顕著に現れる。尚、S
RH現象は、pチャネル型MOSトランジスタの場合に
も同様に生ずる。
For example, in an n-channel MOS transistor, as shown in FIG.
An n.sup. + region is formed in a well (well) region, and a source electrode or a drain electrode is formed on the n.sup. + region.
e Drain) structure, an LDD structure in which an n region is provided next to the n + region as shown in FIG. 9B to prevent hot carriers, and an n + region as shown in FIG. 9C. And a Halo structure in which a short-channel effect is suppressed by providing ap region having an impurity concentration higher than that of the p well region between the n region and the p well region. Among them, in the SD structure and the LDD structure, the above-mentioned SRH phenomenon can be ignored because the impurity concentration of the well region in the pn junction is relatively low, but the impurity in the pn junction is different from the case of the Halo structure. When the concentration increases, the SRH phenomenon appears remarkably. Note that S
The RH phenomenon similarly occurs in the case of a p-channel MOS transistor.

【0008】図11には、MOSトランジスタのpn接
合部の順方向電流に重点をおいてBSIM3の標準パラ
メータをフィッティングした場合の特性曲線と実際の測
定点が示される。
FIG. 11 shows a characteristic curve and actual measurement points when fitting the standard parameters of the BSIM3 with emphasis on the forward current at the pn junction of the MOS transistor.

【0009】横軸はウェル・ソース間電圧(バイアス電
圧)Vbs(V)を示し、縦軸はウェル・ソース間電流
Ibsを示している。
The abscissa represents a well-source voltage (bias voltage) Vbs (V), and the ordinate represents a well-source current Ibs.

【0010】図11において、実線、破線、及び一点鎖
線は、BSIM3の標準パラメータによるもので、それ
ぞれ温度T25、T85、及びT125の条件でパラメ
ータフィッティングされている。それに対して、○印は
温度T25周辺での実際の測定点、△印は温度T85周
辺での実際の測定点、□印は温度T125周辺での実際
の測定点である。
In FIG. 11, solid lines, broken lines, and dashed lines are based on the standard parameters of the BSIM3, and are parameter-fitted under the conditions of temperatures T25, T85, and T125, respectively. On the other hand, ○ indicates an actual measurement point around the temperature T25, Δ indicates an actual measurement point around the temperature T85, and □ indicates an actual measurement point around the temperature T125.

【0011】図11から明らかなように、ウェル・ソー
ス間電圧Vbsが正となる順方向バイアスの場合、BS
IM3の標準パラメータによる特性曲線は実際の測定点
と概ね一致するが、バイアス電圧が負となる逆バイアス
の場合、BSIM3の標準パラメータによる特性曲線は
実際の測定点から大きくずれる。
As is apparent from FIG. 11, when the well-source voltage Vbs is positive and the forward bias is applied, BS
The characteristic curve based on the standard parameters of the IM3 substantially coincides with the actual measurement point, but in the case of a reverse bias in which the bias voltage is negative, the characteristic curve based on the standard parameters of the BSIM3 deviates greatly from the actual measurement point.

【0012】例えば実際の測定点では、逆バイアス電圧
値の変化に応じて電流値が異なっているのに対して、B
SIM3の標準パラメータによる特性曲線では逆バイア
スの場合の電流値が飽和している。換言すれば、pn接
合部は、実際には逆バイアスの場合に電圧依存性を有す
るにもかかわらず、BSIM3の標準パラメータによる
特性曲線にはそれが現れていない。
For example, at an actual measurement point, the current value differs according to the change in the reverse bias voltage value,
In the characteristic curve based on the SIM3 standard parameters, the current value in the case of reverse bias is saturated. In other words, even though the pn junction actually has voltage dependence in the case of reverse bias, it does not appear in the characteristic curve according to the standard parameters of the BSIM3.

【0013】一方、温度T25の場合と温度T125の
場合を比較して明らかなように、逆バイアスの場合の温
度依存性は、実際の測定点よりも、BSIM3の標準パ
ラメータによる特性曲線のほうが大きい。
On the other hand, as is clear from comparison between the case of the temperature T25 and the case of the temperature T125, the temperature dependence in the case of the reverse bias is larger in the characteristic curve based on the standard parameters of the BSIM3 than in the actual measurement point. .

【0014】また、BSIM3の標準パラメータによる
特性曲線では逆バイアスの場合の電流値が飽和してお
り、BSIM3の標準パラメータによる特性曲線におけ
る電流レベルは、実際の測定点での電流レベルと一致し
ない。
In the characteristic curve based on the standard parameters of the BSIM3, the current value in the case of reverse bias is saturated, and the current level in the characteristic curve based on the standard parameters of the BSIM3 does not match the current level at the actual measurement point.

【0015】上記のように、MOSトランジスタのpn
接合部に着目し、このpn接合部の順方向電流に重点を
おいてBSIM3の標準パラメータをフィッティングす
ると、pn接合部が逆バイアスされた場合には、BSI
M3の標準パラメータによる特性曲線は実際の測定点か
ら大きくずれてしまう。実際にはMOSトランジスタに
おけるpn接合部の逆方向での温度特性、電流特性を優
先してBSIM3の標準パラメータがフィッティングさ
れており、その場合には、上記の場合とは逆に、MOS
トランジスタにおけるpn接合部の順方向特性が実際の
測定点から大きくずれてしまう。この結果、ソース・ド
レインとウェル領域とのpn接合部が順バイアスとなる
箇所では回路シミュレーションによって回路設計ミスを
判別することができなかったり、pn接合による順方向
ダイオード特性を積極的に利用した回路を正確に解析す
ることができくなってしまうことが、本発明者によって
確認されている。
As described above, the pn of the MOS transistor
Focusing on the junction, and fitting the standard parameters of the BSIM3 with emphasis on the forward current of this pn junction, the BSI is reversed when the pn junction is reverse biased.
The characteristic curve based on the standard parameter of M3 greatly deviates from the actual measurement point. Actually, the standard parameters of the BSIM3 are fitted by giving priority to the temperature characteristics and the current characteristics in the reverse direction of the pn junction in the MOS transistor.
The forward characteristics of the pn junction of the transistor greatly deviate from the actual measurement points. As a result, in a place where the pn junction between the source / drain and the well region becomes forward-biased, a circuit design error cannot be determined by circuit simulation, or a circuit that positively utilizes the forward diode characteristics due to the pn junction. It has been confirmed by the present inventor that it becomes impossible to accurately analyze.

【0016】例えば、入力電圧レベルをシフトして出力
するレベルシフト回路の場合、このレベルシフト回路
は、正しくは図10(c)に示されるように結合される
べきところ、図10(b)に示されるように回路設計ミ
スを生じているにもかかわらず、回路シミュレーション
においてその回路設計ミスを発見することができない。
また、図10(a)に示されるようにMOSトランジス
タを3端子シンボルで表記した場合にはウェル領域の接
続状態が示されないこともあって、Vboost>Vc
cの条件下において、pチャネル型MOSトランジスタ
のウェル領域に高電位側電源Vccが結合されていて
も、それを判別することができない。pチャネル型MO
Sトランジスタのソース電極が高電位側電源Vboos
tに結合される場合であって、Vboost>Vccの
条件下においては、pチャンネル型MOSトランジスタ
のウェル領域は高電位側電源Vboostに接続しなけ
ればならない。もし、pチャンネル型MOSトランジス
タのウェル領域が高電位側電源Vccに結合される場合
には、pn接合部が順方向バイアスとなり、出力端子O
UTからの出力電圧は、Vcc+0.6V程度でクラン
プされ、回路は正常に動作されない。しかしながら、p
n接合部の逆方向電流に注目してBSIM3の標準パラ
メータがフィッティングされ、順方向電流が実測値に対
して極端に少ないものとして回路シミュレーションが行
われた場合には、シミュレーション結果を見る限りにお
いてpn接合部に順方向電流が流れていないから、例え
ば図10(b)に示されるようにpチャンネル型MOS
トランジスタのウェル領域が高電位側電源Vccに結合
されて正常動作ができないにもかかわず、回路が正常動
作しているものと誤認されるおそれがある。
For example, in the case of a level shift circuit which shifts the input voltage level and outputs the level, this level shift circuit should be correctly coupled as shown in FIG. As shown, although a circuit design error has occurred, the circuit design error cannot be found in the circuit simulation.
Further, as shown in FIG. 10A, when the MOS transistor is represented by a three-terminal symbol, the connection state of the well region is not shown, and therefore, Vboost> Vc
Under the condition c, even if the high-potential-side power supply Vcc is coupled to the well region of the p-channel MOS transistor, it cannot be determined. p-channel type MO
The source electrode of the S transistor is connected to the high potential side power supply Vboos.
Under the condition of Vboost> Vcc, the well region of the p-channel MOS transistor must be connected to the high potential side power supply Vboost. If the well region of the p-channel MOS transistor is coupled to the high potential side power supply Vcc, the pn junction becomes forward biased and the output terminal O
The output voltage from the UT is clamped at about Vcc + 0.6 V, and the circuit does not operate normally. However, p
Focusing on the reverse current at the n-junction, the standard parameters of the BSIM3 are fitted, and when the circuit simulation is performed with the forward current being extremely small relative to the actually measured value, pn Since no forward current flows through the junction, for example, as shown in FIG.
Although the well region of the transistor is coupled to the high-potential-side power supply Vcc and cannot operate normally, the circuit may be erroneously recognized as operating normally.

【0017】本発明の目的は、回路シミュレーションの
精度向上を図ることにある。
An object of the present invention is to improve the accuracy of circuit simulation.

【0018】本発明の上記並びにその他の目的と新規な
特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるで
あろう。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記
の通りである。
The following is a brief description of an outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application.

【0020】すなわち、第1の手段は、デバイスのモデ
ル式を用いてコンピュータで回路シミュレーションが行
われるとき、pn接合部に電圧依存性をもって順方向に
流れる順方向電流成分を示す部分と、上記pn接合部に
電圧依存性をもって逆方向に流れる逆方向電流成分を示
す部分とが含まれる。
That is, the first means is that when a circuit simulation is performed by a computer using a model equation of a device, a portion indicating a forward current component flowing forward in a pn junction with voltage dependency, And a portion indicating a reverse current component flowing in the reverse direction with voltage dependency at the junction.

【0021】上記第1の手段によれば、上記モデル式に
は、pn接合部に電圧依存性をもって順方向に流れる順
方向電流成分を示す部分と、上記pn接合部に電圧依存
性をもって逆方向に流れる逆方向電流成分を示す部分と
が含まれることから、上記順方向電流成分と逆方向電流
成分とを個別的に上記モデル式に適合させることができ
るため、pn接合部の順方向特性及び逆方向特性の双方
を精度良く得ることができ、このことが、上記コンピュ
ータを用いて行われる回路シミュレーションの精度向上
を達成する。
According to the first means, the model formula includes a portion indicating a forward current component flowing forward in a pn junction with a voltage dependency, and a reverse current component flowing in the pn junction with a voltage dependency. And a portion indicating a reverse current component flowing to the pn junction portion, since the forward current component and the reverse current component can be individually adapted to the model formula, Both of the reverse characteristics can be obtained with high accuracy, which achieves an improvement in the accuracy of the circuit simulation performed using the computer.

【0022】また、上記モデル式には、pn接合部にお
ける飽和電流の底面成分を示す第1の式と、上記pn接
合部における飽和電流の側面成分を示す第2の式とを含
め、上記第1の式及び上記第2の式には、pn接合部に
電圧依存性をもって順方向に流れる順方向電流成分を示
す部分と、pn接合部に電圧依存性をもって逆方向に流
れる逆方向電流成分を示す部分とを含めることができ
る。
In addition, the model equation includes a first equation representing a bottom surface component of a saturation current at a pn junction and a second equation representing a side component of a saturation current at the pn junction. Equations (1) and (2) show that a portion indicating a forward current component flowing in the pn junction in the forward direction with voltage dependence and a reverse current component flowing in the pn junction in the reverse direction with voltage dependence are included in the expression. Parts shown.

【0023】このとき、上記逆方向電流成分を示す部分
には、上記逆方向電流成分の温度依存性を示す第1の演
算項と、上記逆方向電流成分の電圧依存性を示す第2の
演算項と、関数の急激な変化を抑えるためのスムージン
グ処理を可能とする第3の演算項とを含めることができ
る。
At this time, in the portion indicating the reverse current component, a first calculation term indicating the temperature dependency of the reverse current component and a second calculation term indicating the voltage dependency of the reverse current component are provided. Term and a third operation term that enables a smoothing process to suppress a sudden change in the function.

【0024】第2の手段は、回路シミュレーションのた
めのシミュレーションプログラムがコンピュータによっ
て読み取り可能に記憶媒体に記憶されるとき、上記シミ
ュレーションプログラムは、pn接合部に電圧依存性を
もって順方向に流れる順方向電流成分と、上記pn接合
部に電圧依存性をもって逆方向に流れる逆方向電流成分
とが分けて表現されたモデル式を用いた回路解析処理を
実行させる。
The second means is that when a simulation program for circuit simulation is stored in a storage medium in a readable manner by a computer, the simulation program includes a forward current flowing in a pn junction in a forward direction with a voltage dependency. A circuit analysis process using a model expression in which the component and a reverse current component flowing in the reverse direction in the pn junction in a voltage-dependent manner are separately performed.

【0025】上記第2の手段によれば、上記モデル式
は、上記順方向電流成分と、上記逆方向電流成分とを分
けて表現しているため、上記順方向電流成分と逆方向電
流成分とを個別的に上記モデル式に適合させることがで
きるため、pn接合部の順方向特性及び逆方向特性の双
方を精度良く得ることができ、このことが、上記コンピ
ュータを用いて行われる回路シミュレーションの精度向
上を達成する。
According to the second means, since the model formula expresses the forward current component and the backward current component separately, the model formula expresses the forward current component and the reverse current component separately. Can be individually adapted to the above model equation, so that both the forward characteristics and the backward characteristics of the pn junction can be obtained with high accuracy. This is the result of the circuit simulation performed using the computer. Achieve higher accuracy.

【0026】第3の手段は、回路シミュレーションのた
めのシミュレーションプログラムがコンピュータによっ
て読み取り可能に記憶媒体に記憶されるとき、上記シミ
ュレーションプログラムは、pn接合部に流れる電流の
底面成分と、上記pn接合部に流れる電流の側面成分と
のそれぞれにおいて、上記pn接合部に電圧依存性をも
って順方向に流れる順方向電流成分と、上記pn接合部
に電圧依存性をもって逆方向に流れる逆方向電流成分と
が分けて表現されたモデル式を用いた回路解析を実行さ
せる。
The third means is that, when a simulation program for circuit simulation is stored in a storage medium in a readable manner by a computer, the simulation program comprises: a bottom component of a current flowing through the pn junction; In each of the side components of the current flowing through the pn junction, a forward current component flowing forward in the pn junction with voltage dependency and a reverse current component flowing in the reverse direction with voltage dependency in the pn junction are divided. Circuit analysis using the model formula represented by the above.

【0027】上記第3の手段によれば、回路シミュレー
ションのためのシミュレーションプログラムがコンピュ
ータで実行されるとき、上記順方向電流成分と、上記逆
方向電流成分とが分けて表現されたモデル式を用いるこ
とによって、上記順方向電流成分と逆方向電流成分とを
個別的に上記モデル式に適合させることができ、pn接
合部の順方向特性及び逆方向特性の双方を精度良く得る
ことができる。従って、上記記憶媒体を用いることによ
り、精度の高い回路シミュレーションを容易に行うこと
ができる。
According to the third means, when a simulation program for circuit simulation is executed by a computer, a model formula expressing the forward current component and the reverse current component separately is used. Thus, the forward current component and the reverse current component can be individually adapted to the model equation, and both the forward and reverse characteristics of the pn junction can be obtained with high accuracy. Therefore, by using the storage medium, highly accurate circuit simulation can be easily performed.

【0028】このとき、上記モデル式は、所定の係数が
0とされることで、上記pn接合部の逆方向成分が考慮
されない別のモデル式と等価とされる。
At this time, by setting a predetermined coefficient to 0, the above model equation is equivalent to another model equation in which the backward component of the pn junction is not considered.

【0029】第4の手段としては、回路シミュレーショ
ンに使用されるモデル式には実際のデバイスに応じてパ
ラメータフィッティングを行うことになるが、そのため
の係数をコンピュータによって読み取り可能な記憶媒体
に記憶して提供する。上記係数には、上記pn接合部の
順方向に関する第1の係数と、上記pn接合部の逆方向
に関する第2の係数とが含まれる。上記第1の係数に
は、pn接合部の順方向エミッション係数とが含まれ、
上記第2の係数には、上記pn接合部の逆方向エミッシ
ョン係数と、上記pn接合部における逆方向電流の電圧
依存係数の底面成分及び周辺成分とが含まれ、さらに上
記第1の係数及び上記第2の係数には、上記pn接合部
に流れる電流の温度依存係数が含まれる。
As a fourth means, parameter fitting is performed for a model formula used for circuit simulation according to an actual device. Coefficients for the parameter fitting are stored in a computer-readable storage medium. provide. The coefficients include a first coefficient in the forward direction of the pn junction and a second coefficient in the reverse direction of the pn junction. The first coefficient includes a forward emission coefficient of the pn junction,
The second coefficient includes a reverse emission coefficient of the pn junction, a bottom component and a peripheral component of a voltage-dependent coefficient of a reverse current at the pn junction, and further includes the first coefficient and the peripheral component. The second coefficient includes a temperature-dependent coefficient of the current flowing through the pn junction.

【0030】上記第4の手段によれば、上記第1の係数
に、pn接合部の順方向エミッション係数を含め、上記
第2の係数に、上記pn接合部の逆方向エミッション係
数と、上記pn接合部における逆方向電流の電圧依存係
数の底面成分及び周辺成分とを含め、さらに上記第1の
係数及び上記第2の係数に、上記pn接合部に流れる電
流の温度依存係数を含めることにより、上記記憶媒体を
用いれば、pn接合部の順方向特性及び逆方向特性の双
方を精度良く得ることができる上記シミュレータに用い
られるモデル式を、実際のデバイスに容易に適合させる
ことができる。
According to the fourth means, the first coefficient includes the forward emission coefficient of the pn junction, and the second coefficient includes the reverse emission coefficient of the pn junction and the pn junction. By including the bottom component and the peripheral component of the voltage dependence coefficient of the reverse current at the junction, and further including the temperature dependence of the current flowing through the pn junction in the first and second coefficients, By using the storage medium, the model formula used for the simulator, which can accurately obtain both the forward characteristics and the backward characteristics of the pn junction, can be easily adapted to an actual device.

【0031】第5の手段は、回路を設計する第1ステッ
プと、上記第1ステップで設計された回路のシミュレー
ションをコンピュータで行う第2ステップと、上記第2
ステップのシミュレーションで電気的性能が検証された
ものについてレイアウト設計を行う第3ステップと、を
含む半導体集積回路の製造方法であって、上記第2ステ
ップには、pn接合部の順方向に関する第1の係数と、
上記pn接合部の逆方向に関する第2の係数とが適合さ
れたモデル式を用いた回路解析ステップが含まれ、上記
モデル式には、pn接合部に流れる電流の底面成分を示
す第1の式と、上記pn接合部に流れる電流の側面成分
を示す第2の式とが含まれ、上記第1の式及び上記第2
の式には、上記電流の順方向成分を示す部分と、上記電
流の逆方向成分を示す部分とが含まれる。
The fifth means includes a first step of designing a circuit, a second step of simulating the circuit designed in the first step by a computer, and a second step of
A third step of performing a layout design for an electric performance verified in a step simulation, wherein the second step includes a first step in a forward direction of a pn junction. And the coefficient of
The method includes a circuit analysis step using a model equation in which the second coefficient relating to the reverse direction of the pn junction is adapted, wherein the model equation includes a first equation indicating a bottom surface component of a current flowing through the pn junction. And a second expression indicating a side component of the current flowing through the pn junction, and the first expression and the second expression
Includes a portion indicating the forward component of the current and a portion indicating the reverse component of the current.

【0032】上記第5の手段によれば、上記第2ステッ
プでのシミュレーションにおいて、上記第1の式及び上
記第2の式には、上記順方向電流成分を示す部分と、上
記逆方向電流成分を示す部分とが含まれることから、p
n接合部の順方向特性及び逆方向特性の双方を精度良く
得ることができ、このことが、上記コンピュータを用い
て行われる回路シミュレーションの精度向上を達成す
る。このことから、上記第2ステップでのシミュレーシ
ョン結果に基づいて行われるレイアウト設計の適正化を
図ることができる。
According to the fifth means, in the simulation in the second step, the first expression and the second expression include a portion indicating the forward current component and a portion indicating the reverse current component. Is included, p
Both the forward and reverse characteristics of the n-junction can be obtained with high accuracy, and this improves the accuracy of circuit simulation performed using the computer. This makes it possible to optimize the layout design performed based on the simulation result in the second step.

【0033】[0033]

【発明の実施の形態】図1にはLSI(半導体集積回
路)の製造工程が示される。
FIG. 1 shows a manufacturing process of an LSI (semiconductor integrated circuit).

【0034】図1に示されるように、LSI製造工程に
は、機能設計工程(S10)、論理設計工程(S1
1)、デバイス設計工程(S12)、要素デバイス試作
工程(S13)、パラメータ抽出工程(S14)、回路
設計工程(S15)、回路シミュレーション工程(S1
6)、レイアウト設計工程(S17)、マスク製作工程
(S18)、チップ製作工程(S19)などが含まれ
る。
As shown in FIG. 1, the LSI manufacturing process includes a function design process (S10) and a logic design process (S1).
1), device design process (S12), element device prototype process (S13), parameter extraction process (S14), circuit design process (S15), circuit simulation process (S1)
6), a layout design process (S17), a mask fabrication process (S18), a chip fabrication process (S19), and the like.

【0035】上記ステップS10の機能設計工程では、
予め定められたシステム仕様に基づいてLSIの機能仕
様が作成され、LSIの動作の詳細が設計される。この
とき、LSI内部論理は、所定の機能記述言語や状態遷
移図などによって、論理的資源と信号の流れの組み合わ
せとして表現される。論理ブロックにおける機能レジス
タ類のビット幅、個数、制御線、バス線の数や使用法、
クロックの種類や使用法など、LSIのアーキテクチャ
が、この機能設計において決定される。所定の機能記述
言語によって機能記述された機能設計データは、機能シ
ミュレータなどによって設計検証のためのチェックを受
けてから、次の論理設計工程(S11)に渡される。
In the function design process of step S10,
An LSI function specification is created based on a predetermined system specification, and details of the operation of the LSI are designed. At this time, the LSI internal logic is expressed as a combination of a logical resource and a signal flow by a predetermined function description language, a state transition diagram, or the like. The bit width and number of function registers in the logic block, the number and usage of control lines and bus lines,
The architecture of the LSI, such as the type and usage of the clock, is determined in this functional design. The function design data whose function is described in a predetermined function description language is checked by a function simulator or the like for design verification, and then passed to the next logic design step (S11).

【0036】上記ステップS11の論理設計工程では、
上記ステップS10の機能設計工程で得られた機能設計
データに基づいて論理ゲートを単位としたレベルにまで
LSIが具体化される。上記ステップS10の機能設計
においてはLSIの動作に主眼をおいて設計作業が進め
られたのに対して、この論理設計ではゲートとゲート接
続関係である論理回路設計に主眼が置かれ、所定の構造
記述言語や論理図を使用して設計が進められる。論理設
計のときに使用される基本ゲートは、デバイス設計や回
路設計を経てデータベース化されている論理セルライブ
ラリから適宜選択することができる。例えば、論理セル
ライブラリには、簡単な基本ゲートの他に復号ゲート、
フリップフロップ、3ステートドライバなどに代表され
る数〜十数ゲート規模のセルが用意されており、それを
選択的に使用することができる。また、この論理設計で
は、各ゲートの電気的性能から予測された遅延時間を与
えて遅延シミュレーションを行うことで論理誤りを排除
することができる。
In the logic design process of step S11,
Based on the function design data obtained in the function design step of step S10, the LSI is embodied to a level in units of logic gates. In the functional design of step S10, the design work was performed with an emphasis on the operation of the LSI. On the other hand, in this logic design, the focus was on the logic circuit design having a gate-to-gate connection relationship, and a predetermined structure was established. The design proceeds using a description language and logic diagrams. The basic gate used in the logic design can be appropriately selected from a logic cell library that has been compiled into a database through device design and circuit design. For example, a logic cell library contains simple basic gates as well as decode gates,
A cell having a scale of several to several tens gates, such as a flip-flop and a three-state driver, is prepared, and can be selectively used. In this logic design, a logic error can be eliminated by performing a delay simulation with a delay time predicted from the electrical performance of each gate.

【0037】上記ステップS12のデバイス設計工程で
は、LSIの製造条件に基づいて使用するトランジスタ
の形状、電気的特性などが設計される。このデバイス設
計では、種々のデバイスシミュレータ及びプロセスシミ
ュレータなどを使用した数値実験が行われることでトラ
ンジスタの性能が予測される。通常は製造ラインの能力
に応じたトランジスタのメニューの中から適当なものを
選択して使用するが、性能的に不十分な場合には要素デ
バイスが新規に設計される。
In the device design process of step S12, the shape and electrical characteristics of the transistor to be used are designed based on the LSI manufacturing conditions. In this device design, the performance of the transistor is predicted by performing numerical experiments using various device simulators and process simulators. Usually, an appropriate transistor is selected from a menu of transistors according to the capacity of the production line and used, but if the performance is insufficient, a new element device is designed.

【0038】上記ステップS12のデバイス設計工程に
おいて新構造のMOSトランジスタが設計された場合に
は、次の要素デバイス試作工程(S13)で試験的に要
素デバイスが作成される。
When a MOS transistor having a new structure is designed in the device design process in step S12, an element device is experimentally created in the next element device trial manufacturing process (S13).

【0039】上記ステップS13で試作された要素デバ
イスは、電気的特性が確認されてからトランジスタライ
ブラリに登録される。このとき、後述するパラメータ抽
出装置によって、回路シミュレーションのためのパラメ
ータ抽出が行われる(S14)。
The element devices prototyped in step S13 are registered in the transistor library after their electrical characteristics are confirmed. At this time, parameter extraction for circuit simulation is performed by a parameter extraction device described later (S14).

【0040】上記ステップS15の回路設計工程には、
基本回路又は回路セルの設計と、全体回路設計とが含ま
れる。前者においては、論理セルライブラリにおける基
本論理単位と、デバイス設計によって得られたトランジ
スタライブラリとが使用され、それらが適宜に組み合わ
される。そして回路の性能は、後述するシミュレーショ
ンシステムによって行われる回路シミュレーションによ
って確認される(S16)。後者においては、電源変
動、温度変動、クロックの分配、クリティカルパスの余
裕度、ファンアウトの余裕度など、より詳細な検証が電
気的回路モデルに基づいて実施される。しかも、上記ス
テップS11における論理設計や、上記ステップS17
のレイアウト設計の両工程などとは密接な関係を持たせ
て作業が進められる。
In the circuit design process of step S15,
The basic circuit or circuit cell design and the overall circuit design are included. In the former, a basic logic unit in a logic cell library and a transistor library obtained by device design are used, and they are appropriately combined. Then, the performance of the circuit is confirmed by a circuit simulation performed by a simulation system described later (S16). In the latter, more detailed verification such as power supply fluctuation, temperature fluctuation, clock distribution, margin of critical path, and margin of fan-out is performed based on an electric circuit model. Moreover, the logic design in step S11 and the step S17
The work is carried out in close relation to both processes of the layout design.

【0041】上記ステップS17のレイアウト設計工程
では、上記ステップS16での回路シミュレーションに
よって電気的性能が検証されたものについて、LSIの
マスクパターンが設計される。論理設計によって得られ
た接続情報と回路設計によって得られた論理セルライブ
ラリを用いて論理ゲートの配置及び配線が行われる。こ
のとき、デザインルールに従ってチップ面積の縮小化が
図られる。レイアウト設計後のデータは、必要に応じて
論理シミュレータや回路シミュレータなどによって再び
電気的性能の検証が行われる。レイアウト設計完了後の
データは、後段のマスク製作工程に渡される。
In the layout design process of step S17, an LSI mask pattern is designed for the electrical performance verified by the circuit simulation in step S16. The arrangement and wiring of the logic gates are performed using the connection information obtained by the logic design and the logic cell library obtained by the circuit design. At this time, the chip area is reduced according to the design rules. After the layout design, the electrical performance of the data is again verified by a logic simulator, a circuit simulator, or the like, if necessary. The data after the layout design is completed is passed to the subsequent mask manufacturing process.

【0042】上記ステップS18のマスク製作工程で
は、上記ステップS17のレイアウト設計工程において
設計されたマスクパターンに従ってマスクが製作され
る。そして、ステップS19のチップ製作工程において
は、上記ステップS18で製作されたマスクを用いてチ
ップ製作が行われる。
In the mask manufacturing process of step S18, a mask is manufactured according to the mask pattern designed in the layout design process of step S17. Then, in the chip manufacturing process of step S19, chip manufacturing is performed using the mask manufactured in step S18.

【0043】次に、上記ステップS14のパラメータ抽
出工程について詳述する。
Next, the parameter extracting step of step S14 will be described in detail.

【0044】図2には、上記ステップS14のパラメー
タ抽出を行うためのパラメータ抽出装置が示される。
FIG. 2 shows a parameter extraction device for performing the parameter extraction in step S14.

【0045】図2に示されるパラメータ抽出装置20
は、特に制限されないが、被測定物24を測定するため
の測定部21、上記測定部21によって得られた測定デ
ータに基づいて要素デバイスに対応するモデルのパラメ
ータ23を得るための制御部及び演算部22とを含んで
成る。上記被測定物24は、上記ステップS13の要素
デバイス試作工程において試作されたMOSトランジス
タとされる。上記測定部21は、被測定物24に電源電
圧を供給するための電圧源や、電流測定のための電流計
等、各種測定機器を含む。上記制御部及び演算部22で
は、上記測定部21における電圧源や電流源などの動作
を制御して上記被測定物24を測定することによって、
パラメータセットが上記測定部21での実測値に合うよ
うに当該パラメータセットの値が決定される。この処理
は、特に制限されないが、上記制御部及び演算部22に
含まれるマイクロコンピュータによって行われる。上記
制御部及び演算部22において抽出されたパラメータ2
3は、コンピュータによって読み取り可能に記憶媒体2
5に記憶され、後述するシミュレーションにおいて使用
される。ここで、上記記憶媒体25には、フロッピー
(登録商標)ディスクやCD−ROMなどの適宜の記憶
手段が含まれる。
The parameter extracting device 20 shown in FIG.
Although not particularly limited, a measurement unit 21 for measuring the device under test 24, a control unit and an operation for obtaining a parameter 23 of a model corresponding to an element device based on the measurement data obtained by the measurement unit 21 And a part 22. The device under test 24 is a MOS transistor prototyped in the element device trial production process of step S13. The measuring unit 21 includes various measuring devices such as a voltage source for supplying a power supply voltage to the device under test 24 and an ammeter for measuring current. In the control unit and the calculation unit 22, by controlling the operation of the voltage source and the current source in the measurement unit 21 to measure the DUT 24,
The value of the parameter set is determined so that the parameter set matches the actual value measured by the measurement unit 21. Although this processing is not particularly limited, it is performed by a microcomputer included in the control unit and the arithmetic unit 22. Parameter 2 extracted by the control unit and the operation unit 22
3 is a computer-readable storage medium 2
5 and used in a simulation described later. Here, the storage medium 25 includes appropriate storage means such as a floppy (registered trademark) disk and a CD-ROM.

【0046】図3には、上記ステップS16で行われる
回路シミュレーションを行うためのシミュレーションシ
ステムが示される。
FIG. 3 shows a simulation system for performing the circuit simulation performed in step S16.

【0047】図3に示されるシミュレーションシステム
30は、特に制限されないが、パラメータセット情報3
1、ネットリストなどと称される回路接続情報32、及
び入力信号情報33を取り込んで回路シミュレーション
を行うための演算部及び処理部34と、この演算部及び
処理部34で実行される回路シミュレーションプログラ
ム(シミュレータ)を上記演算部及び処理部34によっ
て読み取り可能に記憶するための記憶媒体35と、上記
演算部及び処理部34での処理結果(出力信号等)を出
力するための出力部36とを含んで成る。上記パラメー
タセット情報31は、図2に示されるパラメータ抽出装
置20によって抽出されたパラメータであって記憶媒体
25に記憶されたものとされる。上記記憶媒体35は、
特に制限されないが、ハードディスク装置やCD−RO
Mなどの適宜の記憶手段とされる。また、上記演算部及
び処理部34は、特に制限されないが、マイクロコンピ
ュータやRAM(ランダム・アクセス・メモリ)を含ん
で成る。上記記憶媒体35に記憶されたシミュレータが
上記RAMにロードされてから、上記マイクロコンピュ
ータで実行されることによって、回路シミュレーション
が可能とされる。
Although the simulation system 30 shown in FIG. 3 is not particularly limited, the parameter set information 3
1. An operation unit and a processing unit 34 for taking in circuit connection information 32 called a netlist and the like and input signal information 33 to perform a circuit simulation, and a circuit simulation program executed by the operation unit and the processing unit 34 A storage medium 35 for storing the (simulator) so as to be readable by the arithmetic unit and the processing unit 34, and an output unit 36 for outputting a processing result (output signal or the like) of the arithmetic unit and the processing unit 34. Comprising. The parameter set information 31 is a parameter extracted by the parameter extracting device 20 shown in FIG. 2 and stored in the storage medium 25. The storage medium 35,
Although not particularly limited, a hard disk drive or a CD-RO
It is an appropriate storage means such as M. The arithmetic unit and the processing unit 34 include, but are not particularly limited to, a microcomputer and a RAM (random access memory). After the simulator stored in the storage medium 35 is loaded into the RAM, and executed by the microcomputer, a circuit simulation can be performed.

【0048】図4には、上記パラメータ抽出装置20に
おいて抽出されるパラメータセットが示される。上記パ
ラメータ抽出装置20で抽出されるパラメータセット
は、特に制限されないが、基本的にはBSIM3v3.
1のパラメータに、MOSトランジスタにおけるpn接
合部の逆方向SRH特性フィッティングパラメータが追
加されている。すなわち、BSIM3v3.1のパラメ
ータとして、順方向電流N値(エミッション係数)N
j、飽和電流の底面成分Js、飽和電流の周辺成分Js
sw、温度依存係数XTIが含まれ、それに、pn接合部
の逆方向SRH特性フィッティングパラメータとして、
N値底面成分Njs、N値周辺成分Njsw、飽和電流
の底面成分Js1、及び飽和電流の周辺成分Js1sw
が新たに追加される。
FIG. 4 shows a parameter set extracted by the parameter extracting device 20. The parameter set extracted by the parameter extraction device 20 is not particularly limited, but is basically a BSIM3v3.
A reverse SRH characteristic fitting parameter of a pn junction in a MOS transistor is added to the parameter of No. 1. That is, as a parameter of the BSIM3v3.1, a forward current N value (emission coefficient) N
j, bottom component Js of saturation current, peripheral component Js of saturation current
sw, the temperature-dependent coefficient X TI , and the reverse SRH characteristic fitting parameter of the pn junction:
N-value bottom component Njs, N-value peripheral component Njsw, saturation current bottom component Js1, and saturation current peripheral component Js1sw
Is newly added.

【0049】さらに、本例では、pn接合部における逆
方向電圧依存係数の底面成分Kjs、及び逆方向電圧依
存係数の周辺成分Kjsswが付加されることで、pn
接合部を、より正確に表現できるようにしている。
Further, in this example, the bottom component Kjs of the reverse voltage dependency coefficient and the peripheral component Kjssw of the reverse voltage dependency coefficient at the pn junction are added, so that the pn junction is added.
The joint can be represented more accurately.

【0050】ここで、「底面成分」とは、チャネルが、
その真下のウェル(若しくはHalo構造を成す不純物
領域)に対して直接的に接する面についての成分を指
し、「周辺成分」とは、上記ウェル(若しくはHalo
構造を成す不純物領域)以外の素子分離等の領域に接す
る面についての成分を指す。
Here, the “bottom component” means that the channel is
The component on the surface directly in contact with the well immediately below (or the impurity region having the Halo structure) indicates a component, and the “peripheral component” refers to the well (or Halo).
It refers to a component on a surface that is in contact with a region such as an element isolation region other than an impurity region forming a structure).

【0051】次に、MOSトランジスタにおけるpn接
合部のモデル式について詳述する。このモデル式は、図
3に示されるシミュレーションシステム30で実行可能
な機械語プログラムにコーディングされる。
Next, the model formula of the pn junction in the MOS transistor will be described in detail. This model formula is coded in a machine language program executable by the simulation system 30 shown in FIG.

【0052】図5に示されるモデル式は、本発明にかか
るシステムにおけるモデル式の比較対象とされるもで、
「BSIM3v3.1 capmod2」に相当する。
The model formula shown in FIG. 5 is to be compared with the model formula in the system according to the present invention.
This corresponds to “BSIM3v3.1 capmod2”.

【0053】ソース電極とpウェルとの接合部を示すモ
デル式は、ウェル・ソース間電圧Vbsが0.5より小
さい場合(Vbs<0.5)と、ウェル・ソース間電圧
Vbsが0.5より大きい場合(Vbs>0.5)とに
分けられる。ウェル・ソース間電圧Vbsとウェル・ソ
ース間電流Ibsとの関係が特性曲線51によって示さ
れる。Vbs>0.5の場合には、Vbs=0.5での
接線、すなわち、傾きの微分をとってそれを延長するこ
とによってウェル・ソース間電流Idsが得られる。A
sはソース面積を示し、Psはソース周辺長を示す。J
s(T)は飽和電流の底面成分を示し、Jssw(T)
は飽和電流側面成分を示し、(T/Tnom)XTIは温
度依存係数を示し、exp項はエミッション(電流レベ
ル)を示す。(T/Tnom)XTIにおいて、Tは解析
したい温度を示し、Tnomは基準温度を示す。ウェル
・ソース間電圧Vbsが0.5より小さい場合(Vbs
<0.5)におけるexpの項に含まれるVbsは比例
項として機能し、これにより横軸に比例してウェル・ソ
ース間電流が増える。また、GminVbsは、抵抗の
逆数Gminに電圧を掛けて逆抵抗成分を示している。
The model equation showing the junction between the source electrode and the p-well is such that when the well-source voltage Vbs is smaller than 0.5 (Vbs <0.5), the well-source voltage Vbs is 0.5 Larger (Vbs> 0.5). The characteristic curve 51 indicates the relationship between the well-source voltage Vbs and the well-source current Ibs. If Vbs> 0.5, the tangent at Vbs = 0.5, that is, the derivative of the slope is taken and extended to obtain the well-source current Ids. A
s indicates the source area, and Ps indicates the source peripheral length. J
s (T) indicates the bottom component of the saturation current, and Jssw (T)
Indicates a saturation current side component, (T / Tnom) XTI indicates a temperature-dependent coefficient, and an exp term indicates an emission (current level). (T / Tnom) In XTI , T indicates a temperature to be analyzed, and Tnom indicates a reference temperature. When the well-source voltage Vbs is smaller than 0.5 (Vbs
Vbs included in the exp term in <0.5) functions as a proportional term, whereby the well-source current increases in proportion to the horizontal axis. GminVbs indicates an inverse resistance component obtained by multiplying the voltage by the inverse number Gmin of the resistance.

【0054】ドレイン電極とpウェルとの接合部を示す
モデル式も同様に示され、ウェル・ドレイン間電圧Vb
dが0.5より小さい場合(Vbd<0.5)と、ウェ
ル・ドレイン間電圧Vbdが0.5より大きい場合(V
bd>0.5)とに分けられる。尚、ドレイン電極とp
ウェルとの接合部を示すモデル式においては、ドレイン
電極を示す意味で、添え字として「d」が用いられるこ
とによって、上記ソース電極とpウェルとの接合部の場
合と区別している。
A model equation showing the junction between the drain electrode and the p-well is similarly shown, and the well-drain voltage Vb
d is smaller than 0.5 (Vbd <0.5) and when the well-drain voltage Vbd is larger than 0.5 (Vbd <0.5).
bd> 0.5). Note that the drain electrode and p
In the model formula indicating the junction with the well, the subscript "d" is used to indicate the drain electrode, thereby distinguishing it from the junction between the source electrode and the p-well.

【0055】図6には、本発明にかかるシステムにおい
て使用されるモデル式が示される。図6に示されるモデ
ル式は、BSIM3v3.2 capmod3」の標準
モデル式を変形したものであり、図6に示されるモデル
式が、図5に示されるモデル式と大きく相違するのは、
pn接合部における順方向を示すJs0(Js0sw)
の項と、pn接合部における逆方向を示すJs1(Js
1sw)の項とが分離されている点、及びBSIM3v
3.1の標準モデルとされるパラメータに加えてpn接
合部の逆方向SRH特性フィッティングパラメータ(図
4参照)を含む点である。
FIG. 6 shows a model formula used in the system according to the present invention. The model formula shown in FIG. 6 is a modification of the standard model formula of “BSIM3v3.2 capmod3”, and the model formula shown in FIG. 6 is significantly different from the model formula shown in FIG.
Js0 indicating the forward direction at the pn junction (Js0sw)
And Js1 (Js1) indicating the opposite direction at the pn junction.
1sw) and BSIM3v
This is a point including a backward SRH characteristic fitting parameter (see FIG. 4) of the pn junction in addition to the parameters used as the standard model of 3.1.

【0056】pn接合部に電圧依存性をもって順方向に
流れる順方向電流成分を示すJs0(Js0sw)の項
と、pn接合部に電圧依存性をもって逆方向に流れる逆
方向電流成分を示すJs1(Js1sw)の項とは、加
算記号(+)によって結合されている。つまり、このモ
デル式では、上記順方向電流成分を示すJs0(Js0
sw)の項と、上記逆方向電流成分を示すJs1(Js
1sw)の項とに、図4に示されるパラメータが適合さ
れることで、pn接合部の順方向及び逆方向の双方を精
度良く解析可能にしている。
A term Js0 (Js0sw) indicating a forward current component flowing in the pn junction in the forward direction with voltage dependency, and a term Js1 (Js1sw) indicating a reverse current component flowing in the pn junction in the reverse direction with voltage dependency. ) Are connected by an addition sign (+). That is, in this model equation, Js0 (Js0) indicating the forward current component is used.
sw) and Js1 (Js) indicating the reverse current component.
1sw) and the parameters shown in FIG. 4 are adapted to accurately analyze both the forward and reverse directions of the pn junction.

【0057】飽和電流の底面成分における逆方向(Js
1)は、exp項がNj+Njsf(Vbs)とされ、
pn接合部の順方向におけるexp項と若干異なる。こ
れは、pn接合部における逆方向電流の温度依存性を順
方向とは別の値をとり得るように考慮したものである。
同様の理由により、周辺成分における逆方向(Js1s
w)は、exp項が、Nj+Njsswf(Vbs)と
されている。ここで、上記exp項が、本発明における
第1の演算項に対応する。
The reverse direction (Js) in the bottom component of the saturation current
1) is that the exp term is Nj + Njsf (Vbs),
It is slightly different from the exp term in the forward direction of the pn junction. This considers the temperature dependence of the reverse current at the pn junction so that it can take a different value from the forward direction.
For the same reason, the reverse direction (Js1s
In w), the exp term is Nj + Njsswf (Vbs). Here, the exp term corresponds to a first operation term in the present invention.

【0058】さらに、飽和電流の底面成分及び飽和電流
の周辺成分の双方の式において、pn接合部の逆方向に
おける電圧依存性を表現するため、逆方向において、f
(Vbs)expの項が追加されている。このf(Vb
s)expの項のうち、exp項は、Vが負の場合には
Vの値がそのままとされ、exp(−kjsv)とされ
ることで電圧依存性が表現され、Vが正の場合には、e
xp項は「1」とされることで無視される。ここで、上
記f(Vbs)expの項が、本発明における第2の演
算項に対応する。
Further, in both equations of the bottom component of the saturation current and the peripheral component of the saturation current, the voltage dependence of the pn junction in the reverse direction is expressed.
The term (Vbs) exp has been added. This f (Vb
s) Of the terms of exp, the exp term has the value of V as it is when V is negative, and expresses the voltage dependency by exp (-kjsv). Is e
The xp term is ignored by being set to “1”. Here, the term of f (Vbs) exp corresponds to the second operation term in the present invention.

【0059】f(V)は、順方向と逆方向との切り換え
用のパラメータであり、スムージング係数とされる。こ
のスムージング係数f(V)に基づいて、本モデル式中
の「δ」は、1次部分を含む関数の急激な変化を抑える
ためのスムージングを行うことで、係数の急激な変化を
防止する。これにより回路シミュレーションの収束性の
安定化を図ることができる。上記スムージング係数f
(V)は、図6において特性曲線61で示されるよう
に、基板バイアス電圧(V)が順方向の場合に「0」と
なり、基板バイアス電圧(V)が逆方向の場合に「1」
となるような特性を有する。すなわち、横軸Vが逆方向
バイアスの場合にf(V)=1とされ、横軸Vが順方向
バイアスの場合にf(V)=0となるような特性を有す
るパラメータf(V)で重み付けを行うことで、順方向
と逆方向との切り換えをスムーズに行うようにしてい
る。ここで、f(V)の項が、本発明における第3の演
算項に対応する。
F (V) is a parameter for switching between the forward direction and the reverse direction, and is a smoothing coefficient. Based on this smoothing coefficient f (V), “δ” in the present model equation prevents a sudden change in the coefficient by performing smoothing for suppressing a sudden change in the function including the primary part. Thereby, the convergence of the circuit simulation can be stabilized. The above smoothing coefficient f
(V) is “0” when the substrate bias voltage (V) is in the forward direction and “1” when the substrate bias voltage (V) is in the reverse direction, as shown by the characteristic curve 61 in FIG.
It has the following characteristics. That is, f (V) = 1 when the horizontal axis V is a reverse bias, and f (V) having such a characteristic that f (V) = 0 when the horizontal axis V is a forward bias. By performing weighting, switching between the forward direction and the reverse direction is smoothly performed. Here, the term f (V) corresponds to the third operation term in the present invention.

【0060】ドレイン電極とpウェルとの接合部を示す
モデル式においても、ウェル・ドレイン間電圧Vbdが
0.5より小さい場合(Vbd<0.5)と、ウェル・
ドレイン間電圧Vbdが0.5より大きい場合(Vbd
>0.5)とに分けられ、ソース電極とpウェルとの接
合部の場合と同様にpn接合の逆方向を考慮した項が設
けられる。尚、ドレイン電極とpウェルとの接合部を示
すモデル式においては、ドレイン電極を示す意味で、添
え字として「d」が用いられる。
In the model formula indicating the junction between the drain electrode and the p-well, when the well-drain voltage Vbd is smaller than 0.5 (Vbd <0.5),
When the drain-to-drain voltage Vbd is larger than 0.5 (Vbd
> 0.5), and a term is provided that takes into account the reverse direction of the pn junction as in the case of the junction between the source electrode and the p-well. In the model formula indicating the junction between the drain electrode and the p-well, “d” is used as a suffix to indicate the drain electrode.

【0061】尚、図4に示されるパラメータセットのう
ち、逆方向SRH特性フィッティングパラメータである
Js1,Js1swを「0」とすれば、図6に示される
モデル式は、図5に示されるモデル式に等しくなる。従
って、pn接合部の逆方向SRH特性が無視できる場
合、例えば図9(a),(b)に示される構造のMOS
トランジスタによって構成される半導体集積回路のシミ
ュレーションにおいては、pn接合部の逆方向SRH特
性を無視できる場合が多く、かかる場合には、図4に示
されるパラメータセットのうち、逆方向SRH特性フィ
ッティングパラメータであるJs1,Js1swを
「0」として回路シミュレーションを行っても、シミュ
レーション結果に支障を来すことは無い。つまり、逆方
向SRH特性フィッティングパラメータであるJs1,
Js1swを「0」とすれば、逆方向SRH特性フィッ
ティングパラメータを含まない別のモデル式であるBS
IM3v3.1の標準モデルに等価になる。
If the backward SRH characteristic fitting parameters Js1 and Js1sw of the parameter set shown in FIG. 4 are set to “0”, the model equation shown in FIG. 6 becomes the model equation shown in FIG. Is equal to Therefore, when the reverse SRH characteristic of the pn junction is negligible, for example, the MOS transistor having the structure shown in FIGS.
In a simulation of a semiconductor integrated circuit constituted by transistors, the reverse SRH characteristic of the pn junction is often negligible. In such a case, the reverse SRH characteristic fitting parameter of the parameter set shown in FIG. Even if circuit simulation is performed with certain Js1 and Js1sw set to “0”, the simulation result will not be affected. That is, the backward SRH characteristic fitting parameter Js1,
If Js1sw is set to “0”, another model formula BS that does not include the backward SRH characteristic fitting parameter is used.
It becomes equivalent to the standard model of IM3v3.1.

【0062】図12には、図6に示される提案モデルに
おいて、MOSトランジスタのpn接合部の順方向電流
に重点をおいてBSIM3の標準パラメータをフィッテ
ィングした場合の特性曲線と実際の測定点が示される。
FIG. 12 shows characteristic curves and actual measurement points when fitting the standard parameters of the BSIM3 with emphasis on the forward current of the pn junction of the MOS transistor in the proposed model shown in FIG. It is.

【0063】横軸はウェル・ソース間電圧(バイアス電
圧)Vbs(V)を示し、縦軸はウェル・ソース間電流
Ibsを示している。
The horizontal axis represents the well-source voltage (bias voltage) Vbs (V), and the vertical axis represents the well-source current Ibs.

【0064】図12において、実線、破線、及び一点破
線は、図6に示される提案モデルのパラメータによるも
ので、それぞれ温度T25、T85、及びT125の条
件でフィッティングされている。それに対して、○印は
温度T25周辺での実際の測定点、△印は温度T85周
辺での実際の測定点、□印は温度T125周辺での実際
の測定点である。
In FIG. 12, solid lines, broken lines, and dashed lines are based on the parameters of the proposed model shown in FIG. 6, and are fitted under the conditions of temperatures T25, T85, and T125, respectively. On the other hand, ○ indicates an actual measurement point around the temperature T25, Δ indicates an actual measurement point around the temperature T85, and □ indicates an actual measurement point around the temperature T125.

【0065】図6に示される提案モデルのパラメータを
使用する場合には、ウェル・ソース間電圧Vbsが正と
なる順方向バイアスの場合においても、バイアス電圧が
負となる逆バイアスの場合においても、提案モデルのパ
ラメータによる特性曲線と実際の測定点とは概ね一致す
る。図11と比較して明らかなように、pn接合部の順
方向成分と逆方向成分とが個別的にモデル式に適合され
ることで、特にpn接合部の逆方向特性が大幅に改善さ
れる。
When the parameters of the proposed model shown in FIG. 6 are used, both in the case of the forward bias where the well-source voltage Vbs is positive and in the case of the reverse bias where the bias voltage is negative, The characteristic curve based on the parameters of the proposed model and the actual measurement points generally match. As is clear from the comparison with FIG. 11, the forward component and the backward component of the pn junction are individually adapted to the model equation, and particularly, the reverse characteristics of the pn junction are significantly improved. .

【0066】上記の例によれば、以下の作用効果を得る
ことができる。
According to the above example, the following functions and effects can be obtained.

【0067】(1)図6に示されるモデル式には、pn
接合部に電圧依存性をもって順方向に流れる順方向電流
成分を示す部分と、上記pn接合部に電圧依存性をもっ
て逆方向に流れる逆方向電流成分を示す部分とが含まれ
ることから、上記順方向電流成分と上記逆方向電流成分
とを個別的に上記モデル式に適合させることができ、p
n接合部の順方向特性及び逆方向特性の双方を精度良く
得ることができることから、コンピュータを用いて行わ
れる回路シミュレーションの精度向上を図ることができ
る。例えば、BSIM3の標準パラメータを用いた場合
であって、pn接合部の逆方向電流に注目してBSIM
3の標準パラメータがフィッティングされ、順方向電流
が実測値に対して極端に少ないものとして回路シミュレ
ーションが行われた場合には、シミュレーション結果を
見る限りにおいてpn接合部に順方向電流が流れていな
いから、例えば図10(b)に示されるようにpチャン
ネル型MOSトランジスタのウェル領域が高電位側電源
Vccに結合されて正常動作ができないにもかかわず、
回路が正常動作しているものと誤認されるおそれがあ
る。それに対して、図6に示されるモデル式を用いて回
路シミュレーションを行う場合には、pn接合部の順方
向特性及び逆方向特性の双方を精度良く得ることができ
るので、例えば図10(b)に示されるようなケースで
は、pn接合部に不所望な順方向電流が流れていること
を、回路シミュレーション結果から把握することができ
る。
(1) The model equation shown in FIG.
Since the junction includes a portion indicating a forward current component flowing forward in a voltage-dependent manner and the pn junction includes a portion indicating a reverse current component flowing in the reverse direction in a voltage-dependent manner. The current component and the reverse current component can be individually adapted to the model formula, and p
Since both the forward and reverse characteristics of the n-junction can be obtained with high accuracy, the accuracy of circuit simulation performed using a computer can be improved. For example, in the case where BSIM3 standard parameters are used, BSIM3 is focused on the reverse current of the pn junction.
In the case where the standard parameter of No. 3 is fitted and the circuit simulation is performed with the forward current being extremely smaller than the actually measured value, the forward current does not flow through the pn junction as far as the simulation results are seen. For example, as shown in FIG. 10B, although the well region of the p-channel MOS transistor is coupled to the high-potential-side power supply Vcc and cannot operate normally,
The circuit may be erroneously recognized as operating normally. In contrast, when circuit simulation is performed using the model formula shown in FIG. 6, both the forward and reverse characteristics of the pn junction can be obtained with high accuracy. In the case shown in (1), it can be understood from the circuit simulation result that an undesired forward current flows in the pn junction.

【0068】(2)上記のようにpn接合部の順方向特
性及び逆方向特性の双方を精度良く得ることができるの
で、pn接合部の順方向特性を積極的に利用した回路設
計が行われる場合の回路シミュレーションにおいて、p
n接合部の順方向特性を精度良く得ることができるの
で、pn接合部の順方向特性を積極的に利用した回路設
計の容易化を図ることができる。
(2) As described above, since both the forward characteristics and the reverse characteristics of the pn junction can be accurately obtained, a circuit design utilizing the forward characteristics of the pn junction is performed. In the circuit simulation for the case
Since the forward characteristics of the n-junction can be obtained with high accuracy, it is possible to facilitate the circuit design utilizing the forward characteristics of the pn-junction.

【0069】(3)半導体集積回路装置の高速化と低消
費電力化を両立させるために、可変スレッショルドMO
SFETを使用し、高速動作させるMOSトランジスタ
のしきい値電圧を低く、高速動作が要求されないMOS
トランジスタのしきい値電圧を高くし、このような異な
るしきい値電圧の制御に、上記ウェル電位を制御する専
用回路をゲートアレイの下地領域以外に、MOSトラン
ジスタが形成されたウェル領域に与えられるバイアス電
圧を設定する制御回路を設けるようにしたものがある。
上記制御回路によってバイアス電圧のレベルが制御さ
れ、そのような回路において上記MOSトランジスタの
pn接合部は、逆方向のみならず順方向にバイアスされ
ることもあるから、上記したモデル式を用いることによ
り、pn接合部の順方向特性及び逆方向特性の双方を精
度良く得ることができ、それによって、コンピュータを
用いて行われる回路シミュレーションの精度向上を図る
ことができる。
(3) In order to achieve both high speed and low power consumption of the semiconductor integrated circuit device, a variable threshold MO
MOS transistors using SFETs and having a low threshold voltage for MOS transistors that operate at high speed and do not require high-speed operation
In order to increase the threshold voltage of the transistor and to control such different threshold voltages, a dedicated circuit for controlling the well potential is provided to the well region where the MOS transistor is formed in addition to the base region of the gate array. In some cases, a control circuit for setting a bias voltage is provided.
The level of the bias voltage is controlled by the control circuit, and in such a circuit, the pn junction of the MOS transistor may be biased not only in the reverse direction but also in the forward direction. , And both the forward and reverse characteristics of the pn junction can be obtained with high accuracy, thereby improving the accuracy of circuit simulation performed using a computer.

【0070】次に、別のモデル式について説明する。Next, another model formula will be described.

【0071】図7に示されるモデル式は、本発明にかか
るシステムにおけるモデル式の比較対象とされるもで、
「BSIM3v3.2 capmod3」に相当する。
「BSIM3v3.1 capmod2」に比べて、モ
デル式の一部が異なり、また、パラメータの一部が異な
っている。例えばソース電極とp−wellとの接合部
を示すモデル式は、ウェル・ソース間電圧VbsがVj
smより小さい場合(Vbs<Vjsm)と、ウェル・
ソース間電圧VbsがVjsmより大きい場合(Vbs
>Vjsm)とに分けられる。ウェル・ソース間電圧V
bsとウェル・ソース間電流Ibsとの関係が特性曲線
71によって示される。Vbs>Vjsmの場合には、
Vbs=Vjsmでの接線、すなわち、傾きの微分をと
ってそれを延長することによってウェル・ソース間電流
Idsが得られる。この場合には、Vbs=Vjsmで
の接線、すなわち、傾きの微分をとってそれを延長する
ことによってウェル・ソース間電流Idsが得られる。
The model formula shown in FIG. 7 is to be compared with the model formula in the system according to the present invention.
This corresponds to “BSIM3v3.2 capmod3”.
Some of the model formulas are different, and some of the parameters are different from “BSIM3v3.1 capmod2”. For example, a model equation indicating a junction between a source electrode and p-well is such that the well-source voltage Vbs is Vj
sm (Vbs <Vjsm),
When the source-to-source voltage Vbs is higher than Vjsm (Vbs
> Vjsm). Well-source voltage V
The characteristic curve 71 shows the relationship between the current bs and the well-source current Ibs. When Vbs> Vjsm,
By taking the tangent at Vbs = Vjsm, that is, taking the derivative of the slope and extending it, the well-source current Ids is obtained. In this case, a well-source current Ids is obtained by taking a tangent at Vbs = Vjsm, that is, taking the derivative of the slope and extending it.

【0072】図8には、本発明にかかるシステムにおい
て使用される別のモデル式が示される。図8に示される
モデル式は、「BSIM3v3.2 capmode
3」の標準モデル式を変形したものであり、図8に示さ
れるモデル式が、図7に示されるモデル式と大きく相違
するのは、pn接合部における順方向を示すJs0(J
s0sw)の項と、pn接合部における逆方向を示すJ
s1(Js1sw)の項とが分離されている点、及びB
SIM3v3.1の標準モデルとされるパラメータに加
えてpn接合部の逆方向SRH特性フィッティングパラ
メータ(図4参照)を含む点であり、それについては、
図6に示されるモデル式の場合と同様であり、図6に示
されるモデル式を採用する場合と同様の作用効果を得る
ことができる。
FIG. 8 shows another model formula used in the system according to the present invention. The model formula shown in FIG. 8 is “BSIM3v3.2 capmode”
3 is a modification of the standard model formula shown in FIG. 8, and the model formula shown in FIG. 8 is largely different from the model formula shown in FIG. 7 in that Js0 (J
s0sw) and J indicating the opposite direction at the pn junction.
s1 (Js1sw) is separated from the term, and B
This is a point including the backward SRH characteristic fitting parameter (see FIG. 4) of the pn junction in addition to the parameters used as the standard model of SIM3v3.1.
This is the same as the case of the model formula shown in FIG. 6, and the same operation and effect as the case where the model formula shown in FIG. 6 is adopted can be obtained.

【0073】図8において、pn接合部における順方向
を示すJs0(Js0sw)の項と、pn接合部におけ
る逆方向を示すJs1(Js1sw)の項とは、加算記
号(+)によって結合されている。つまり、このモデル
式では、pn接合部における順方向を示すJs0(Js
0sw)の項と、pn接合部における逆方向を示すJs
1(Js1sw)の項とに、図4に示されるパラメータ
が適合されることで、pn接合部の順方向及び逆方向の
双方を精度良く解析可能にしている。
In FIG. 8, the term Js0 (Js0sw) indicating the forward direction at the pn junction and the term Js1 (Js1sw) indicating the reverse direction at the pn junction are connected by an addition sign (+). . That is, in this model equation, Js0 (Js0) indicating the forward direction at the pn junction is used.
0sw) and Js indicating the opposite direction at the pn junction.
By fitting the parameters shown in FIG. 4 to the term 1 (Js1sw), it is possible to accurately analyze both the forward direction and the reverse direction of the pn junction.

【0074】また、飽和電流の底面成分における逆方向
(Js1)は、exp項がNj+Njsf(Vbs)と
され、pn接合部の順方向におけるexp項と若干異な
る。これは、pn接合部における逆方向電流の温度依存
性を順方向とは別の値をとり得るように考慮したもので
ある。同様の理由により、周辺成分における逆方向(J
s1sw)は、exp項が、Nj+Njsswf(Vb
s)とされている。
In the backward direction (Js1) of the bottom component of the saturation current, the exp term is Nj + Njsf (Vbs), which is slightly different from the exp term in the forward direction of the pn junction. This considers the temperature dependence of the reverse current at the pn junction so that it can take a different value from the forward direction. For the same reason, the opposite direction (J
s1sw) is obtained when the exp term is Nj + Njsswf (Vb
s).

【0075】さらに、飽和電流の底面成分及び飽和電流
の周辺成分の双方の式において、pn接合部の逆方向に
おける電圧依存性を表現するため、逆方向において、f
(Vbs)expの項が追加されている。このf(Vb
s)expの項において、exp項は、Vが負の場合に
はVの値がそのままとされ、exp(−kjsv)とさ
れることで電圧依存性が表現され、Vが正の場合には、
exp項は「1」とされることで無視される。上記ex
pの項が、本発明における第2の演算項に対応する。
Further, in both equations of the bottom component of the saturation current and the peripheral component of the saturation current, the voltage dependence of the pn junction in the reverse direction is expressed.
The term (Vbs) exp has been added. This f (Vb
s) In the term of exp, in the exp term, when V is negative, the value of V is left as it is, and by exp (-kjsv), the voltage dependency is expressed. When V is positive, ,
The exp term is ignored by being set to “1”. Ex above
The term p corresponds to the second operation term in the present invention.

【0076】ここで、f(V)は、順方向と逆方向との
切り換え用のパラメータであり、スムージング係数とさ
れる。このスムージング係数f(V)に基づいて、本モ
デル式中の「δ」は、1次部分を含む関数の急激な変化
を抑えるためのスムージングを行うことで、係数の急激
な変化を防止する。これにより回路シミュレーションの
収束性の安定化を図ることができる。上記スムージング
係数f(V)は、図8において特性曲線81で示される
ように、基板バイアス電圧(V)が順方向の場合に
「0」となり、基板バイアス電圧(V)が逆方向の場合
に「1」となるような特性を有する。すなわち、横軸V
が逆方向バイアスの場合にf(V)=1とされ、横軸V
が順方向バイアスの場合にf(V)=0となるような特
性を有するパラメータf(V)で重み付けを行うこと
で、順方向と逆方向との切り換えをスムーズに行うよう
にしている。
Here, f (V) is a parameter for switching between the forward direction and the reverse direction, and is a smoothing coefficient. Based on this smoothing coefficient f (V), “δ” in the present model equation prevents a sudden change in the coefficient by performing smoothing for suppressing a sudden change in the function including the primary part. Thereby, the convergence of the circuit simulation can be stabilized. As shown by the characteristic curve 81 in FIG. 8, the smoothing coefficient f (V) becomes “0” when the substrate bias voltage (V) is in the forward direction, and becomes “0” when the substrate bias voltage (V) is in the reverse direction. It has a characteristic that becomes “1”. That is, the horizontal axis V
Is a reverse bias, f (V) = 1, and the horizontal axis V
Is weighted with a parameter f (V) having such a characteristic that f (V) = 0 when is a forward bias, so that switching between the forward direction and the reverse direction is smoothly performed.

【0077】ドレイン電極とpウェルとの接合部を示す
モデル式においても、ウェル・ドレイン間電圧Vbdが
Vjsmより小さい場合(Vbd<Vjsm)と、ウェ
ル・ドレイン間電圧VbdがVjsmより大きい場合
(Vbd>Vjsm)とに分けられ、ソース電極とpウ
ェルとの接合部の場合と同様にpn接合の逆方向を考慮
した項が設けられる。尚、ドレイン電極とpウェルとの
接合部を示すモデル式においては、ドレイン電極を示す
意味で、添え字として「d」が用いられる。
In the model formula indicating the junction between the drain electrode and the p-well, the well-drain voltage Vbd is smaller than Vjsm (Vbd <Vjsm) and the well-drain voltage Vbd is larger than Vjsm (Vbd). > Vjsm), and a term is provided in which the reverse direction of the pn junction is considered as in the case of the junction between the source electrode and the p-well. In the model formula indicating the junction between the drain electrode and the p-well, “d” is used as a suffix to indicate the drain electrode.

【0078】以上本発明者によってなされた発明を具体
的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であるこ
とはいうまでもない。
Although the invention made by the present inventor has been specifically described above, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist of the invention.

【0079】例えば、図1に示される製造方法のフロー
チャートにおけるステップ構成や、図2に示されるパラ
メータ抽出装置のブロック構成、さらには図3に示され
るシミュレーションシステムのブロック構成などは、適
宜に変形して実施することができる。
For example, the step configuration in the flowchart of the manufacturing method shown in FIG. 1, the block configuration of the parameter extracting device shown in FIG. 2, and the block configuration of the simulation system shown in FIG. 3 are appropriately modified. Can be implemented.

【0080】また、上記のモデル式において、スムージ
ング係数f(V)は、基板バイアス電圧(V)が順方向
の場合に無効となればよいから、例えば数1,数2で示
される関数によっても代用することができる。
In the above model equation, the smoothing coefficient f (V) only needs to be invalid when the substrate bias voltage (V) is in the forward direction. Can be substituted.

【0081】[0081]

【数1】 (Equation 1)

【0082】[0082]

【数2】 (Equation 2)

【0083】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるMOS
トランジスタのダイオードモデルを取り扱うシステムに
適用した場合について説明したが、本発明はそれに限定
されるものではなく、例えばバイポーラトランジスタ
や、液晶、プリント基板などのようにpn接合部を有す
る場合の設計に広く適用することができる。
In the above description, the invention made mainly by the present inventor is a MOS field of application in which the background was used.
The case where the present invention is applied to a system that handles a diode model of a transistor has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a bipolar transistor, a liquid crystal, and a design having a pn junction such as a printed circuit board are widely used. Can be applied.

【0084】本発明は、少なくともモデルパラメータを
取り扱うことを条件に適用することができる。
The present invention can be applied to the condition that at least model parameters are handled.

【0085】[0085]

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
の通りである。
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

【0086】すなわち、モデル式に、pn接合部に電圧
依存性をもって順方向に流れる順方向電流成分を示す部
分と、pn接合部に電圧依存性をもって逆方向に流れる
逆方向電流成分を示す部分とが含まれることにより、上
記順方向電流成分と上記逆方向電流成分とを個別的に上
記モデル式に適合させることができるため、pn接合部
の順方向特性及び逆方向特性の双方を精度良く得ること
ができ、それによって、コンピュータを用いて行われる
回路シミュレーションの精度向上を図ることができる。
そして、順バイアス時の特性に加えて、逆バイアス時の
特性を精度良く解析することができるため、ソース電極
又はドレイン電極とウェル領域との間で順バイアスとな
るような回路設計ミスを回路シミュレーションにおいて
容易に発見することができ、回路チェックに要する時間
を短縮することができる。また、pn接合部の順方向特
性及び逆方向特性の双方を精度良く得ることができるこ
とから、半導体集積回路の設計においてリーク電流を精
度良く解析することができるため、半導体集積回路の消
費電力を正確に見積もることが可能になる。
That is, in the model formula, a portion indicating a forward current component flowing forward in the pn junction with voltage dependency, and a portion indicating a reverse current component flowing in the pn junction in the reverse direction with voltage dependency. Is included, the forward current component and the reverse current component can be individually adapted to the model formula, so that both the forward characteristics and the reverse characteristics of the pn junction can be accurately obtained. Accordingly, the accuracy of circuit simulation performed using a computer can be improved.
In addition, since the characteristics at the time of reverse bias in addition to the characteristics at the time of forward bias can be analyzed with high accuracy, a circuit simulation mistake that causes a forward bias between the source or drain electrode and the well region can be performed. Can be easily found, and the time required for circuit check can be reduced. Further, since both the forward characteristic and the reverse characteristic of the pn junction can be accurately obtained, the leakage current can be accurately analyzed in the design of the semiconductor integrated circuit, so that the power consumption of the semiconductor integrated circuit can be accurately calculated. Can be estimated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかる半導体集積回路の製造方法の一
例が示されるフローチャートである。
FIG. 1 is a flowchart illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the present invention.

【図2】図1に示されるフローチャートにおけるパラメ
ータ抽出工程において使用されるパラメータ抽出装置の
構成例ブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a parameter extracting device used in a parameter extracting step in the flowchart shown in FIG. 1;

【図3】図1に示されるフローチャートにおける回路シ
ミュレーションにおいて使用されるシミュレーションシ
ステムの構成例ブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a simulation system used in the circuit simulation in the flowchart illustrated in FIG. 1;

【図4】上記パラメータ抽出工程において抽出されるパ
ラメータセット例の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an example of a parameter set extracted in the parameter extraction step.

【図5】「BSIM3v3.1 capmod2」にお
ける標準モデル式の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a standard model formula in “BSIM3v3.1 capmod2”.

【図6】本発明にかかるシミュレーション方法で使用さ
れるpn接合部のモデル式の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a model equation of a pn junction used in the simulation method according to the present invention.

【図7】「BSIM3v3.2 capmod3」にお
ける標準モデル式の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a standard model formula in “BSIM3v3.2 capmod3”.

【図8】本発明にかかるシミュレーション方法で使用さ
れるpn接合部のモデル式の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a model equation of a pn junction used in the simulation method according to the present invention.

【図9】MOSトランジスタの構造説明図である。FIG. 9 is a diagram illustrating the structure of a MOS transistor.

【図10】上記シミュレーションシステムのシミュレー
ション対象とされる回路の設計ミスの説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a design error of a circuit to be simulated by the simulation system.

【図11】MOSトランジスタのpn接合部の順方向電
流に重点をおいてBSIM3の標準パラメータをフィッ
ティングした場合の特性曲線と実際の測定点についての
説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a characteristic curve and an actual measurement point when fitting a standard parameter of the BSIM3 with emphasis on a forward current of a pn junction of a MOS transistor.

【図12】図4に示されるパラメータセットをフィッテ
ィングした場合の特性曲線と実際の測定点についての説
明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram of a characteristic curve and an actual measurement point when the parameter set shown in FIG. 4 is fitted.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 パラメータ抽出装置 21 測定部 22 制御部及び演算部 23 パラメータ 24 被測定物 25 記憶媒体 30 シミュレーションシステム 31 パラメータセット情報 32 回路接続情報 33 入力信号情報 34 演算部及び処理部 35 記憶媒体 36 出力部 Reference Signs List 20 parameter extraction device 21 measurement unit 22 control unit and calculation unit 23 parameter 24 DUT 25 storage medium 30 simulation system 31 parameter set information 32 circuit connection information 33 input signal information 34 calculation unit and processing unit 35 storage medium 36 output unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野沢 和徳 東京都小平市上水本町五丁目20番1号 株 式会社日立製作所半導体グループ内 Fターム(参考) 5B046 AA08 BA03 JA04 5F040 DA00 DA30  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Kazunori Onozawa 5-2-1, Josuihoncho, Kodaira-shi, Tokyo F-term in Hitachi Semiconductor Group 5B046 AA08 BA03 JA04 5F040 DA00 DA30

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 デバイスのモデル式を用いてコンピュー
タで回路シミュレーションを行うシミュレーション方法
であって、 上記モデル式には、pn接合部に電圧依存性をもって順
方向に流れる順方向電流成分を示す部分と、 上記pn接合部に電圧依存性をもって逆方向に流れる逆
方向電流成分を示す部分と、が含まれることを特徴とす
るシミュレーション方法。
1. A simulation method for performing a circuit simulation by a computer using a model equation of a device, wherein the model equation includes a portion indicating a forward current component flowing forward in a pn junction with voltage dependency. And a portion indicating a reverse current component flowing in the reverse direction with voltage dependency in the pn junction.
【請求項2】 デバイスのモデル式を用いてコンピュー
タでシミュレーションを行うシミュレーション方法であ
って、 上記モデル式には、pn接合部に流れる電流の底面成分
を示す第1の式と、上記pn接合部に流れる電流の側面
成分を示す第2の式とが含まれ、 上記第1の式及び上記第2の式には、pn接合部に電圧
依存性をもって順方向に流れる順方向電流成分を示す部
分と、pn接合部に電圧依存性をもって逆方向に流れる
逆方向電流成分を示す部分とが含まれることを特徴とす
るシミュレーション方法。
2. A simulation method for performing a simulation by a computer using a model equation of a device, wherein the model equation includes a first equation indicating a bottom surface component of a current flowing through a pn junction, and the pn junction. And a second equation representing a side component of a current flowing through the pn junction. The first equation and the second equation each include a portion indicating a forward current component flowing forward in a pn junction with voltage dependency. And a portion showing a reverse current component flowing in the reverse direction with voltage dependency in the pn junction.
【請求項3】 上記逆方向電流成分を示す部分には、上
記逆方向電流成分の温度依存性を示す演算項が含まれる
請求項1又は2記載のシミュレーション方法。
3. The simulation method according to claim 1, wherein the portion indicating the reverse current component includes a calculation term indicating the temperature dependence of the reverse current component.
【請求項4】 上記逆方向電流成分を示す部分には、上
記逆方向電流成分の温度依存性を示す第1の演算項と、 上記逆方向電流成分の電圧依存性を示す第2の演算項
と、が含まれる請求項1又は2記載のシミュレーション
方法。
4. A first operation term indicating a temperature dependence of the reverse current component and a second operation term indicating a voltage dependence of the reverse current component are provided in a portion indicating the reverse current component. 3. The simulation method according to claim 1, further comprising:
【請求項5】 上記逆方向電流成分を示す部分には、上
記逆方向電流成分の温度依存係数を示す第1の演算項
と、 上記逆方向電流成分の電圧依存性を示す第2の演算項
と、 関数の急激な変化を抑えるためのスムージング処理を可
能とする第3の演算項と、が含まれる請求項1又は2記
載のシミュレーション方法。
5. A first operation term indicating a temperature dependence coefficient of the reverse current component, and a second operation term indicating a voltage dependence of the reverse current component, in a portion indicating the reverse current component. The simulation method according to claim 1, further comprising: a third operation term that enables a smoothing process for suppressing a sudden change in a function.
【請求項6】 回路シミュレーションのためのシミュレ
ーションプログラムがコンピュータによって読み取り可
能に記憶された記憶媒体であって、 上記シミュレーションプログラムは、pn接合部に電圧
依存性をもって順方向に流れる順方向電流成分と、上記
pn接合部に電圧依存性をもって逆方向に流れる逆方向
電流成分とが分けて表現されたモデル式を用いた回路解
析処理を実行させるものであることを特徴とする記憶媒
体。
6. A storage medium in which a simulation program for circuit simulation is stored readable by a computer, the simulation program comprising: a forward current component flowing forward in a pn junction with voltage dependency; A storage medium for executing a circuit analysis process using a model expression in which a reverse current component flowing in the reverse direction with voltage dependency in the pn junction is separately expressed.
【請求項7】 回路シミュレーションのためのシミュレ
ーションプログラムがコンピュータによって読み取り可
能に記憶された記憶媒体であって、 上記シミュレーションプログラムは、pn接合部に流れ
る電流の底面成分と、上記pn接合部に流れる電流の側
面成分とのそれぞれにおいて、上記pn接合部に電圧依
存性をもって順方向に流れる順方向電流成分と、上記p
n接合部に電圧依存性をもって逆方向に流れる逆方向電
流成分とが分けて表現されたモデル式を用いた回路解析
を実行させるものであることを特徴とする記憶媒体。
7. A storage medium in which a simulation program for circuit simulation is stored so as to be readable by a computer, the simulation program comprising: a bottom component of a current flowing through a pn junction; and a current flowing through the pn junction. In each of the side surface components, a forward current component flowing forward in the pn junction with voltage dependency,
A storage medium for executing a circuit analysis using a model expression in which a reverse current component flowing in the reverse direction with voltage dependency in an n-junction part is divided.
【請求項8】 回路シミュレーションのためのシミュレ
ーションプログラムがコンピュータによって読み取り可
能に記憶された記憶媒体であって、 上記シミュレーションプログラムは、pn接合部に流れ
る電流の底面成分と、上記pn接合部に流れる電流の側
面成分とのそれぞれにおいて、上記pn接合部に電圧依
存性をもって順方向に流れる順方向電流成分と、上記p
n接合部に電圧依存性をもって逆方向に流れる逆方向電
流成分とが分けて表現されたモデル式を用いた回路解析
を実行させるものであり、 上記モデル式は、所定の係数が0とされることで、上記
pn接合部の逆方向電流成分が考慮されない別のモデル
式と等価であることを特徴とする記憶媒体。
8. A storage medium in which a simulation program for circuit simulation is stored readable by a computer, the simulation program comprising: a bottom component of a current flowing through a pn junction; and a current flowing through the pn junction. In each of the side surface components, a forward current component flowing forward in the pn junction with voltage dependency,
The circuit analysis is performed using a model expression in which a reverse current component flowing in the reverse direction with voltage dependency in the n-junction portion is separately expressed. In the model expression, a predetermined coefficient is set to 0. Thus, the storage medium is equivalent to another model formula in which the reverse current component of the pn junction is not considered.
【請求項9】 回路シミュレーションに使用されるモデ
ル式を実際のデバイスの特性に応じて特定するための係
数がコンピュータによって読み取り可能に記憶された記
憶媒体であって、上記係数には、 pn接合部の順方向に関する第1の係数と、上記pn接
合部の逆方向に関する第2の係数とが含まれ、 上記第1の係数には、pn接合部の順方向エミッション
係数が含まれ、 上記第2の係数には、上記pn接合部の逆方向エミッシ
ョン係数と、上記pn接合部における逆方向電流の電圧
依存係数の底面成分及び周辺成分とが含まれ、 さらに上記第1の係数及び上記第2の係数には、上記p
n接合部に流れる電流の温度依存係数が含まれることを
特徴とする記憶媒体。
9. A storage medium in which coefficients for specifying a model formula used for circuit simulation according to the characteristics of an actual device are stored in a computer-readable manner, wherein the coefficients include a pn junction A first coefficient related to the forward direction of the pn junction and a second coefficient related to the reverse direction of the pn junction. The first coefficient includes a forward emission coefficient of the pn junction. Include the reverse emission coefficient of the pn junction, the bottom component and the peripheral component of the voltage-dependent coefficient of the reverse current at the pn junction, and the first coefficient and the second coefficient. The coefficients include the above p
A storage medium comprising a temperature-dependent coefficient of a current flowing through an n-junction.
【請求項10】 pn接合部に流れる電流の底面成分
と、上記pn接合部に流れる電流の側面成分とのそれぞ
れにおいて、上記pn接合部に電圧依存性をもって順方
向に流れる順方向電流成分と、上記pn接合部に電圧依
存性をもって逆方向に流れる逆方向電流成分とが分けて
表現されたモデル式を実際のデバイスに適合させるため
の係数がコンピュータによって読み取り可能に記憶され
た記憶媒体であって、上記係数には、 pn接合部の順方向に関する第1の係数と、上記pn接
合部の逆方向に関する第2の係数とが含まれ、 上記第1の係数には、pn接合部の順方向エミッション
係数が含まれ、 上記第2の係数には、上記pn接合部の逆方向エミッシ
ョン係数と、上記pn接合部における逆方向電流の電圧
依存係数の底面成分及び周辺成分とが含まれ、 さらに上記第1の係数及び上記第2の係数には、上記p
n接合部に流れる電流の温度依存係数が含まれることを
特徴とする記憶媒体。
10. A forward current component flowing in the pn junction in a forward direction with a voltage dependency, in each of a bottom component of the current flowing in the pn junction and a side component of the current flowing in the pn junction, A storage medium in which a coefficient for adapting a model expression in which a reverse current component flowing in the reverse direction flowing in the pn junction in a reverse direction with voltage dependency to an actual device is stored in a computer-readable manner. , The coefficient includes a first coefficient relating to the forward direction of the pn junction, and a second coefficient relating to the reverse direction of the pn junction. The first coefficient includes a forward coefficient of the pn junction. The second coefficient includes a reverse emission coefficient of the pn junction and a bottom component and a peripheral component of a voltage-dependent coefficient of a reverse current at the pn junction. And the first coefficient and the second coefficient include the p
A storage medium comprising a temperature-dependent coefficient of a current flowing through an n-junction.
【請求項11】 回路を設計する第1ステップと、 上記第1ステップで設計された回路のシミュレーション
をコンピュータで行う第2ステップと、 上記第2ステップのシミュレーションで電気的性能が検
証されたものについてレイアウト設計を行う第3ステッ
プと、を含む半導体集積回路の製造方法であって、 上記第2ステップには、pn接合部の順方向に関する第
1の係数と、上記pn接合部の逆方向に関する第2の係
数とが適合されたモデル式を用いた回路解析ステップが
含まれ、 上記モデル式には、pn接合部に流れる電流の底面成分
を示す第1の式と、上記pn接合部に流れる電流の側面
成分を示す第2の式とが含まれ、 上記第1の式及び上記第2の式には、上記電流の順方向
成分を示す部分と、上記電流の逆方向成分を示す部分と
が含まれることを特徴とする半導体集積回路の製造方
法。
11. A first step of designing a circuit, a second step of simulating the circuit designed in the first step by a computer, and a method in which electrical performance is verified in the simulation of the second step. A third step of performing a layout design, wherein the second step includes a first coefficient relating to a forward direction of the pn junction and a second coefficient relating to a reverse direction of the pn junction. And a circuit analysis step using a model equation in which the coefficient of 2 is adapted, wherein the model equation includes a first equation indicating the bottom surface component of the current flowing through the pn junction, and the current flowing through the pn junction. And a second expression representing the forward component of the current, and a second expression representing the backward component of the current, in the first expression and the second expression. The method of manufacturing a semiconductor integrated circuit, characterized in that it contains.
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