JP4428190B2 - How to create a high-frequency transistor model - Google Patents

How to create a high-frequency transistor model Download PDF

Info

Publication number
JP4428190B2
JP4428190B2 JP2004304211A JP2004304211A JP4428190B2 JP 4428190 B2 JP4428190 B2 JP 4428190B2 JP 2004304211 A JP2004304211 A JP 2004304211A JP 2004304211 A JP2004304211 A JP 2004304211A JP 4428190 B2 JP4428190 B2 JP 4428190B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layout
resistance
gate
substrate
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004304211A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006119716A (en
Inventor
明弘 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2004304211A priority Critical patent/JP4428190B2/en
Publication of JP2006119716A publication Critical patent/JP2006119716A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4428190B2 publication Critical patent/JP4428190B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Design And Manufacture Of Integrated Circuits (AREA)

Description

本発明は、高周波半導体回路のトランジスタユニットをコンピュータ上で表現するための高周波トランジスタモデルの作成方法に関する。 The present invention relates to the creation how high-frequency transistor model for representing the transistor unit of the high-frequency semiconductor circuit on a computer.

近年、微細CMOS技術においては、電流利得遮断周波数ftが100GHzを超える特性が得られるようになってきている。このため、たとえばワイヤレスLANやBlue−tooth等の高周波通信に、従来の3−5属半導体(GaAs、InP)を用いたMESFETやバイポーラトランジスタに代わり、CMOSトランジスタが使われ始めてきている。
CMOSトランジスタは、その低コストに加え、高い電流利得遮断周波数ftや最大発振周波数fmaxによる周波数特性の改善が進んでいる。また、CMOSトランジスタ回路は、デジタル回路の高集積化が容易で、これとアナログ回路の共存ができ、さらにSOC(System On a Chip)技術が生かせるなどの数々の利点がある。これらの理由から、比較的低い周波数の高周波回路にCMOSトランジスタが採用され、さらに高い周波数を扱う回路での、その使用が検討されている。
In recent years, in the fine CMOS technology, a characteristic in which the current gain cutoff frequency ft exceeds 100 GHz has been obtained. For this reason, for example, CMOS transistors have started to be used for high-frequency communications such as wireless LAN and blue-tooth instead of conventional MESFETs and bipolar transistors using Group 3-5 semiconductors (GaAs, InP).
In addition to its low cost, the CMOS transistor has been improved in frequency characteristics by a high current gain cutoff frequency ft and a maximum oscillation frequency fmax. In addition, the CMOS transistor circuit has many advantages such as easy integration of a digital circuit and coexistence of an analog circuit and the utilization of SOC (System On a Chip) technology. For these reasons, CMOS transistors are employed in high frequency circuits with relatively low frequencies, and their use in circuits that handle higher frequencies is being studied.

移動体通信用の高周波回路のデザインにおいては、消費電力やノイズのスペックが厳しく、高精度の特性予測に基づく回路設計技術が望まれている。したがって、高周波CMOS半導体回路の実用化には、高周波でのトランジスタ特性の高精度な予測がキーファクターとなっている。   In the design of a high-frequency circuit for mobile communication, specifications for power consumption and noise are strict, and a circuit design technique based on highly accurate characteristic prediction is desired. Therefore, high-precision prediction of transistor characteristics at high frequency is a key factor for practical application of high-frequency CMOS semiconductor circuits.

回路シミュレーション用の高周波トランジスタモデルとして、たとえばBSIM3ver3,MOS model9,EKVといったコンパクトモデルが知られている。これらのコンパクトモデルは、MHz帯のクロック動作を前提とするロジック用途向けに開発されたもので、10GHzを超える高周波用途に適合させる必要がある。
現在は、それぞれの周波数もしくはバイアスに対して測定データ(Sパラメータなど)を準備しそれらをまとめてルックアップテーブルを構成し、それを常に参照しながら高周波回路を設計するという非効率な方法が一般的である。そのため、現在のコンパクトモデルは、測定された周波数およびバイアス条件以外で特性を再現することができていない。したがって、コンパクトモデルに対して、寄生トランジスタ部を表現する外在的回路、たとえば外部ゲート抵抗を付加することで、高周波での高周波トランジスタ特性を再現する試みが続けられている(たとえば、非特許文献1参照)。
As high-frequency transistor models for circuit simulation, for example, compact models such as BSIM3 ver3, MOS model 9, and EKV are known. These compact models have been developed for logic applications that presuppose clock operations in the MHz band, and need to be adapted to high frequency applications exceeding 10 GHz.
Currently, an inefficient method is generally used, in which measurement data (S-parameters, etc.) is prepared for each frequency or bias, and a look-up table is constructed by combining them to design a high-frequency circuit while always referring to it. Is. For this reason, the current compact model cannot reproduce characteristics other than the measured frequency and bias conditions. Therefore, an attempt is made to reproduce high-frequency transistor characteristics at high frequencies by adding an external circuit that expresses a parasitic transistor portion, for example, an external gate resistor, to the compact model (for example, non-patent literature). 1).

この高周波での外在的回路を含んだモデルを、あるバイアス条件で見たときの動作を示すものが、等価回路モデルと呼ばれている。等価回路モデルを周波数領域で扱うEDA(electronic design automation)ツールとしては、たとえばアジレント(Agilent)社のADS(Advanced Design System:商標名)を例示できる。   A model that shows an operation when a model including an external circuit at a high frequency is viewed under a certain bias condition is called an equivalent circuit model. As an EDA (electronic design automation) tool that handles an equivalent circuit model in the frequency domain, for example, ADS (Advanced Design System: trade name) manufactured by Agilent is exemplified.

図15に、上記非特許文献1に記載されている高周波トランジスタの断面図を示す。また図16に、図15に示す高周波トランジスタの動作を再現する外在的回路を含んだ等価回路モデルを示す。
図16において、内在的トランジスタ部Miがコンパクトモデルにより提供されている部分である。この内在的トランジスタ部Miに対して付加されている外在的回路は、その基板回路に、内在的(intrinsic)なドレインノードdiとドレインバックバイアスノードdbとの間に接続されているドレイン・基板接合容量Cj_db(ダイオードDdの容量)、内在的なソースノードsiとバックバイアスノードdiとの間に接続されているソース・基板接合容量Cj_sb(ダイオードDsの容量)、ならびに、バックバイアスノードdiとバックバイアス端子Bとの間に接続されている3つの抵抗、すなわちドレイン基板抵抗Rsub1,ソース・ドレイン基板抵抗Rsub2,3およびソース基板抵抗ソース基板抵抗Rsub4を含んでいる。また外在的回路は、ゲート抵抗Rg、ソース抵抗Rs、ドレイン抵抗Rd、ゲートとソースのオーバーラップ結合容量Cgs_ovおよびゲートとドレインのオーバーラップ結合容量Cgd_ovを含んでいる。
Christian Enz,“An MOS Transistor Model for RF IC Design Valid in All Region of Operation”,IEEE Transaction on Microwave Theory And Techniques, vol. 50, No.1, January 2002
FIG. 15 is a cross-sectional view of the high-frequency transistor described in Non-Patent Document 1. FIG. 16 shows an equivalent circuit model including an external circuit that reproduces the operation of the high-frequency transistor shown in FIG.
In FIG. 16, the intrinsic transistor part Mi is a part provided by the compact model. The external circuit added to the internal transistor part Mi is connected to the substrate circuit between the intrinsic drain node di and the drain back bias node db. Junction capacitance Cj_db (capacitance of diode Dd), source / substrate junction capacitance Cj_sb (capacitance of diode Ds) connected between the intrinsic source node si and back bias node di, and back bias node di and back Three resistors connected between the bias terminal B, that is, a drain substrate resistance Rsub1, a source / drain substrate resistance Rsub2,3, and a source substrate resistance source substrate resistance Rsub4 are included. The external circuit includes a gate resistor Rg, a source resistor Rs, a drain resistor Rd, a gate-source overlap coupling capacitance Cgs_ov, and a gate-drain overlap coupling capacitance Cgd_ov.
Christian Enz, “An MOS Transistor Model for RF IC Design Valid in All Region of Operation”, IEEE Transaction on Microwave Theory And Techniques, vol. 50, No. 1, January 2002

しかし、これらのコンパクトモデルと外在的回路を用いたモデルは、モデルが実際に起きている現象を簡略化しているため、モデル自身が、実際に起きている現象を再現できないことがある。
たとえば、上記非特許文献1の論文では適用できる周波数が10GHzとなっており、それより上の周波数ではモデルが簡略化され過ぎているため精度が出ない。
However, since these compact models and models using external circuits simplify the phenomenon that the model actually occurs, the model itself may not be able to reproduce the phenomenon that actually occurs.
For example, the applicable frequency in the paper of Non-Patent Document 1 is 10 GHz, and accuracy is not obtained at a frequency higher than that because the model is too simplified.

とくに10GHz以上の高周波動作領域においては、図15および図16に示すゲート端子(ゲート電極の電圧供給点)G、ドレイン端子(ドレイン領域の電圧供給点)D、ソース端子(ソース領域の電圧供給点)Sおよびバックバイアス端子(バックバイアス用不純物領域の電圧供給点)Bより外側の高周波半導体集積回路の配線やコンタクト構造(以下、単にレイアウトという)に応じて、外在的回路のパラメータ値が設定されていない。このために、レイアウト変更した際など、それに対応するパラメータ値の変動とならず、レイアウト変更可能(Layout scalable)のモデルとなっていない。このことが、レイアウト変更の自由度を著しく制限している。   Particularly in a high-frequency operation region of 10 GHz or more, the gate terminal (voltage supply point of the gate electrode) G, the drain terminal (voltage supply point of the drain region) D, and the source terminal (voltage supply point of the source region) shown in FIGS. ) External circuit parameter values are set according to the wiring and contact structure (hereinafter simply referred to as layout) of the high-frequency semiconductor integrated circuit outside S and the back bias terminal (voltage supply point of the back bias impurity region) B It has not been. For this reason, when the layout is changed, the corresponding parameter value does not fluctuate, and the model is not a layout scalable model. This significantly limits the degree of freedom of layout change.

本発明の課題は、実際に起きている現象を再現する等価回路のトポロジー(構成)と、レイアウトに対応したパラメータ値の決定方法を提供し、それを利用することによって、ソース、ドレインあるいはゲートの配線やコンタクト構造といったレイアウトを変更した際に、それに対応するパラメータ値の変更が可能であり、レイアウト変更可能(Layout scalable)の新たなトランジスタモデルと、その作成方法を提供することにある。   The object of the present invention is to provide a method for determining the parameter value corresponding to the topology (configuration) of the equivalent circuit that reproduces the phenomenon actually occurring and the layout, and by using it, the source, drain, or gate When a layout such as a wiring or a contact structure is changed, a parameter value corresponding to the layout can be changed, and a new transistor model capable of layout change (Layout scalable) and a method for creating the same are provided.

本発明に係る高周波トランジスタモデルの作成方法は、内在的トランジスタ部と、この内在的トランジスタ部に接続されてレイアウトに応じて変化する電極、コンタクトおよび配線とを含むトランジスタユニットについて、変更可能なパラメータを含む回路データであるトランジスタモデルを作成する際に、前記内在的トランジスタ部のデバイスモデルに含まれる回路パラメータを、当該デバイスモデルを利用したデバイスシミュレーション装置によるデバイスシミュレーションと、直流測定装置による直流測定とから求めることで、前記内在的トランジスタ部の内在的パラメータを決定する第1ステップと、前記内在的トランジスタ部のチャネル内走行キャリアの時間遅れを示す非準静的パラメータと、表皮効果に依存する抵抗成分とを、それぞれ、デバイスシミュレーション装置を用いたデバイスシミュレーションにより求める第2ステップと前記内在的トランジスタ部から、前記トランジスタユニットのソース外部端子、ドレイン外部端子、ゲート外部端子までの電極、または、当該電極にコンタクトを介して接続される配線の寄生的パラメータについて、レイアウトに依存して変化する抵抗値およびインダクタンス値を、デバイスシミュレーション装置によるデバイスシミュレーションから求め、このときゲート抵抗に関しては前記非準静的パラメータと表皮効果に依存する前記抵抗成分との合成抵抗を用いる第3ステップと、レイアウトに依存しない容量値を、デバイスシミュレーション装置を用いたデバイスシミュレーションにより求める第4ステップと、を含む、前記内在的回路の内在的パラメータと、前記非準静的パラメータおよび前記表皮効果に依存する抵抗成分を含む外在的パラメータと、レイアウトに依存した抵抗およびインダクタの寄生的パラメータとを有する、高周波トランジスタモデルの作成方法である。 The method for creating a high-frequency transistor model according to the present invention provides parameters that can be changed for a transistor unit that includes an intrinsic transistor portion and electrodes, contacts, and wirings that are connected to the intrinsic transistor portion and change according to the layout. When creating a transistor model, which is circuit data including, circuit parameters included in the device model of the intrinsic transistor unit from device simulation by a device simulation device using the device model and direct current measurement by a direct current measurement device. A first step for determining an intrinsic parameter of the intrinsic transistor part, a non-quasi-static parameter indicating a time delay of a carrier traveling in the channel of the intrinsic transistor part, and a resistance component depending on a skin effect And Respectively, a second step of obtaining a device simulation using device simulation apparatus, from the intrinsic transistor section, a source external terminal of said transistor unit, a drain external terminal, electrodes to the gate external terminal, or to the electrode With respect to the parasitic parameters of the wiring connected through the contacts, the resistance value and the inductance value that change depending on the layout are obtained from device simulation by a device simulation apparatus. At this time, the gate resistance is the same as the non-quasi-static parameter. A third step of using a combined resistance with the resistance component depending on the skin effect, and a fourth step of obtaining a capacitance value independent of the layout by device simulation using a device simulation device, A high-frequency transistor having an intrinsic parameter of the intrinsic circuit, an extrinsic parameter including a resistance component depending on the non-quasi-static parameter and the skin effect, and a parasitic parameter of resistance and inductor depending on the layout This is a model creation method.

好適に、前記非準静的パラメータと前記表皮効果に依存する抵抗成分の少なくとも一方に、動作周波数が高くなるにつれて無視できない割合で変化する周波数依存成分を含む場合、前記第3ステップのデバイスシミュレーションにおいて、デバイスシミュレーション装置が、前記非準静的パラメータと前記表皮効果に依存する抵抗成分の少なくとも一方を、周波数依存性を表す関数として与える。 Preferably, when at least one of the non-quasi-static parameter and the resistance component depending on the skin effect includes a frequency-dependent component that changes at a non-negligible rate as the operating frequency increases, in the device simulation of the third step The device simulation apparatus gives at least one of the non-quasi-static parameter and the resistance component depending on the skin effect as a function representing the frequency dependence.

本発明に係る高周波トランジスタモデルの作成方法は、トランジスタユニットの電極、配線およびコンタクトのレイアウトの変更に応じて変化するレイアウトパラメータを寄生的回路に含むことから、当該高周波トランジスタモデルを用いたシミュレーションの精度が高い。また、ソース、ドレインあるいはゲートの配線やコンタクト構造といったレイアウトを変更した際に、それに対応するパラメータ値の変更が可能であり、レイアウト変更可能(Layout scalable)な構成となっている。さらに、レイアウト変更に際して、レイアウトパラメータをレイアウト自身から容易に求めることができ、レイアウトに依存せず変更が必要ないパラメータの設定が不要であり、レイアウト変更に関する手間を必要最小限にできる。
The method for creating a high-frequency transistor model according to the present invention includes a layout parameter that changes in accordance with a change in the layout of the electrodes, wirings, and contacts of the transistor unit in the parasitic circuit. Therefore, the accuracy of simulation using the high-frequency transistor model Is expensive. Further, when the layout such as source, drain or gate wiring or contact structure is changed, the corresponding parameter value can be changed, and the layout can be changed (Layout scalable). Furthermore, when changing the layout , the layout parameters can be easily obtained from the layout itself, and it is not necessary to set parameters that do not depend on the layout and need not be changed.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
本実施の形態では、高周波トランジスタモデルについて、その一構成例を説明する。
図1は、ソース端子とバックバイアス端子とを相互接続した場合を例に、本実施の形態に係る高周波トランジスタモデルを示す図である。なお、ソース端子とバックバイアス端子とを接続しなくてもよく、その場合、図1に示すソース端子Sとバックバイアス端子Bを直接接続している線を省略する。
[First Embodiment]
In this embodiment, a configuration example of a high-frequency transistor model will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a high-frequency transistor model according to the present embodiment, taking as an example a case where a source terminal and a back bias terminal are interconnected. Note that the source terminal and the back bias terminal need not be connected. In that case, the line directly connecting the source terminal S and the back bias terminal B shown in FIG. 1 is omitted.

この図示例のトランジスタモデルは、内在的(intrinsic)トランジスタ部Miと、外在的(extrinsic)回路と、寄生的(parasitic)回路とから構成されている。   The transistor model of this illustrated example includes an intrinsic transistor section Mi, an extrinsic circuit, and a parasitic circuit.

内在的トランジスタ部Miはコンパクトモデル、たとえば米国カリフォルニア大学バークレー校で開発された「BSIM3ver3(Berkeley Short Channel IGFET Model3 version3)」および「BSIM4」、フィリップス半導体社が提供する「MOS model9(商標名)」、スイス国EPFL(Electronics Laboratories, Swiss Federal Institute of Technology)が開発した「EKV」などにより提供されるトランジスタのアクティブ動作部分のモデルである。
あるいは、内在的トランジスタ部Miを、たとえば相互コンダクタンスgm、ドレインコンダクタンスgds、内在的ゲート・ドレイン容量Cgd_int、内在的ゲート・ソース容量Cgs_int、内在的ゲート・基板容量Cgb_intなどのパラメータ値を有する等価回路モデルに置き換えることもできる。
The intrinsic transistor part Mi is a compact model such as “BSIM3 ver3 (Berkeley Short Channel IGFET Model3 version 3)” and “BSIM4” developed at the University of California, Berkeley, “MOS model 9 (trade name)” provided by Philips Semiconductor, This is a model of the active operation part of a transistor provided by “EKV” developed by EPFL (Electronics Laboratories, Swiss Federal Institute of Technology) in Switzerland.
Alternatively, an equivalent circuit model having parameters such as mutual conductance gm, drain conductance gds, intrinsic gate / drain capacitance Cgd_int, intrinsic gate / source capacitance Cgs_int, intrinsic gate / substrate capacitance Cgb_int, etc. Can also be replaced.

内在的トランジスタ部Miは、ゲート接点(以下、内在的ゲートノードという)gi、ドレイン接点(以下、内在的ドレインノードという)di、ソース接点(以下、内在的ソースノードという)si、および、バックバイアス接点(以下、内在的バックバイアスノード)という4つの内部接点を有する。   The intrinsic transistor portion Mi includes a gate contact (hereinafter referred to as an intrinsic gate node) gi, a drain contact (hereinafter referred to as an intrinsic drain node) di, a source contact (hereinafter referred to as an intrinsic source node) si, and a back bias. It has four internal contacts called contacts (hereinafter referred to as intrinsic back bias nodes).

図1において破線で囲んだ部分のうち、内在的トランジスタ部Miを除く部分が外在的回路を示す。
外在的回路は、内在的トランジスタ部Miの内在的ゲートノードgi、内在的ドレインノードdi、内在的ソースノードsi、および、内在的バックバイアスノードbiに接続され、本来的にトランジスタに含まれる受動寄生素子のネットワークを形成している。より詳細に外在的回路は、高周波トランジスタの基板回路を構成する受動寄生素子と、非準静的(Non-quasi static)効果(NQS効果)を表す受動寄生素子とを含む。
In the portion surrounded by a broken line in FIG. 1, the portion excluding the intrinsic transistor portion Mi indicates an extrinsic circuit.
The external circuit is connected to the intrinsic gate node gi, the intrinsic drain node di, the intrinsic source node si, and the intrinsic back bias node bi of the intrinsic transistor unit Mi, and is inherently included in the transistor. A network of parasitic elements is formed. More specifically, the external circuit includes a passive parasitic element that constitutes a substrate circuit of the high-frequency transistor and a passive parasitic element that exhibits a non-quasi static effect (NQS effect).

外在的回路は、基板回路の受動寄生素子として、ドレイン・基板接合容量Cj_db(ダイオードDdの容量)、ソース・基板接合容量Cj_sb(ダイオードDsの容量)、ならびに、内在的バックバイアスノードbiとバックバイアス端子Bとの間に接続されている4つの基板抵抗、すなわちドレイン基板抵抗Rsub1、ソース・ドレイン基板抵抗Rsub2およびRsub3ならびにソース基板抵抗Rsub4を含んでいる。以下、これら4つの抵抗を単に「基板抵抗」という。基板容量Csub1,Csub2,Csub3およびCsub4が、図1に示すように4つの基板抵抗Rsub1〜Rsub4のうち対応する基板抵抗と並列に接続されている。
また外在的回路は、ソース抵抗Rs、ドレイン抵抗Rd、ゲートとソースのオーバーラップ結合容量Cgs_ovおよびゲートとドレインのオーバーラップ結合容量Cgd_ovを含んでいる。
さらに外在的回路は、NQS効果を表す受動寄生素子としてNQSゲート抵抗Rg_NQSを含んでいる。
The external circuit has a drain-substrate junction capacitance Cj_db (capacitance of the diode Dd), a source-substrate junction capacitance Cj_sb (capacitance of the diode Ds), and an intrinsic back bias node bi and back as passive parasitic elements of the substrate circuit. Four substrate resistors connected between the bias terminal B, that is, a drain substrate resistor Rsub1, a source / drain substrate resistor Rsub2 and Rsub3, and a source substrate resistor Rsub4 are included. Hereinafter, these four resistors are simply referred to as “substrate resistance”. Substrate capacitances Csub1, Csub2, Csub3 and Csub4 are connected in parallel with the corresponding substrate resistance among the four substrate resistances Rsub1 to Rsub4 as shown in FIG.
The external circuit includes a source resistor Rs, a drain resistor Rd, a gate-source overlap coupling capacitance Cgs_ov, and a gate-drain overlap coupling capacitance Cgd_ov.
Furthermore, the external circuit includes an NQS gate resistance Rg_NQS as a passive parasitic element representing the NQS effect.

寄生的回路は、本実施の形態で新たに付加した回路であり、外在的回路よりさらに外側、すなわち高周波半導体回路のトランジスタユニット内において、高周波トランジスタの電極および配線構造ならびにコンタクト構造を受動寄生素子により近似表現した等価回路モデルである。
寄生的回路は図1においては、破線により囲まれている部分以外の部分により示されている。
The parasitic circuit is a circuit newly added in the present embodiment, and the electrode and wiring structure of the high-frequency transistor and the contact structure are arranged as passive parasitic elements further outside the external circuit, that is, in the transistor unit of the high-frequency semiconductor circuit. This is an equivalent circuit model approximated by
The parasitic circuit is shown in FIG. 1 by a portion other than the portion surrounded by a broken line.

具体的に、寄生的回路に含まれる受動素子としては、図1に示すように、前記内在的ゲートノードgiと当該トランジスタユニットの外部ゲート端子G0との間に前記NQSゲート抵抗Rg_NQSとともに直列に接続されているゲート抵抗Rg0とゲート配線のインダクタンス成分Lg_layout、前記内在的ソースノードsiと当該トランジスタユニットの外部ソース端子S0との間に前記ソース抵抗Rsとともに直列に接続されているソース配線抵抗のレイアウト成分Rs_layoutとソース配線のインダクタンス成分Ls_layout、および、前記内在的ドレインノードdiと当該トランジスタユニットの外部ドレイン端子D0との間に前記ドレイン抵抗Rdとともに直列に接続されているドレイン配線抵抗のレイアウト成分Rd_layoutとドレイン配線のインダクタンス成分Ld_layoutを含む。
また寄生的回路は、ゲート配線と基板基準電位との間に直列に接続されているゲート配線・基板結合容量Cc_gbとゲート結合基板抵抗Rsub_gb、ならびに、当該ゲート結合基板抵抗Rsub_gbと並列に接続されているゲート結合基板容量Csub_gbを含む。同様に寄生的回路は、ドレイン配線と基板基準電位との間に直列に接続されているドレイン配線・基板結合容量Cc_dbとドレイン結合基板抵抗Rsub_db、ならびに、当該ドレイン結合基板抵抗Rsub_dbと並列に接続されているドレイン結合基板容量Csub_dbを含む。さらに寄生的回路は、ゲート配線とドレイン配線との間のゲート・ドレイン配線結合容量Cc_gd、および、ゲート配線とソース配線との間のゲート・ソース配線結合容量Cc_gsを含む。
Specifically, the passive elements included in the parasitic circuit are connected in series with the NQS gate resistor Rg_NQS between the intrinsic gate node gi and the external gate terminal G0 of the transistor unit, as shown in FIG. The gate resistance Rg0 and the inductance component Lg_layout of the gate wiring, and the layout component of the source wiring resistance connected in series with the source resistance Rs between the intrinsic source node si and the external source terminal S0 of the transistor unit. Rs_layout and the inductance component Ls_layout of the source wiring, and the layout component Rd_layout and the drain of the drain wiring resistance connected in series with the drain resistance Rd between the intrinsic drain node di and the external drain terminal D0 of the transistor unit. Wiring Including the inductance component Ld_layout.
The parasitic circuit is connected in parallel with the gate wiring / substrate coupling capacitance Cc_gb and the gate coupling substrate resistance Rsub_gb connected in series between the gate wiring and the substrate reference potential, and the gate coupling substrate resistance Rsub_gb. Gate coupling substrate capacitance Csub_gb. Similarly, the parasitic circuit is connected in parallel with the drain wiring / substrate coupling capacitance Cc_db and the drain coupling substrate resistance Rsub_db connected in series between the drain wiring and the substrate reference potential, and the drain coupling substrate resistance Rsub_db. Drain-coupled substrate capacitance Csub_db. Further, the parasitic circuit includes a gate / drain wiring coupling capacitor Cc_gd between the gate wiring and the drain wiring and a gate / source wiring coupling capacitor Cc_gs between the gate wiring and the source wiring.

ここでゲート抵抗Rg0は、ゲート抵抗のレイアウト成分Rg_layoutと、スキンエフェクトなどによる電磁界効果成分Rg_emとの和となっている。   Here, the gate resistance Rg0 is a sum of a layout component Rg_layout of the gate resistance and an electromagnetic field effect component Rg_em due to a skin effect or the like.

ここで、前述したNQS効果およびNQSゲート抵抗Rg_NQSについて少し説明を要するので、以下に記述する。   Here, since the NQS effect and the NQS gate resistance Rg_NQS described above need to be explained a little, they will be described below.

チャネル内走行キャリア、すなわちN型チャネルの場合は電子、P型チャネルの場合はホールの速度飽和が顕著に生じている現象が、前記非特許文献1の論文で報告されている。微細化に伴い、ゲート酸化膜が薄くなりゲート電圧の縦方向電界が十分強くなるために、キャリアの移動に速度飽和が現れ、高周波においてキャリアの移動の遅れ時間を無視することができない現象が生じる。この速度飽和に起因して起きるキャリア移動の遅れのことをNQS効果と称している。   In the paper of Non-Patent Document 1, a phenomenon in which velocity saturation of electrons occurs significantly in the case of an intra-channel traveling carrier, that is, an N-type channel and a P-type channel is reported. Along with miniaturization, the gate oxide film becomes thinner and the vertical electric field of the gate voltage becomes sufficiently strong, so that velocity saturation occurs in carrier movement, and a phenomenon in which the delay time of carrier movement cannot be ignored at high frequencies occurs. . This delay in carrier movement caused by the velocity saturation is called the NQS effect.

図2に、高周波におけるゲート電極とチャネルの結合とチャネル抵抗を分布定数として示す。また図3に、内在的トランジスタ部Miを等価回路モデルとした場合の概略的な構成を示す。
高周波領域においては図2に示すように、ゲート電極とチャネルの結合容量(主に酸化膜容量Cox)とチャネル抵抗Rchを分布定数として表す必要がある。この場合、ソース側から供給されたキャリアがドレイン側に到達するまでの時間遅れにより、たとえばチャネルとゲートの容量Coxを充電する時間が場所によって異なり、これがデバイスの高周波動作に影響する。したがってゲート長が長いほうが電子の遅れ量が大きく、これがNQS効果としてデバイス動作に影響する。
FIG. 2 shows the coupling between the gate electrode and the channel and the channel resistance at high frequencies as distributed constants. FIG. 3 shows a schematic configuration when the intrinsic transistor portion Mi is an equivalent circuit model.
In the high frequency region, as shown in FIG. 2, it is necessary to express the coupling capacitance (mainly oxide film capacitance Cox) between the gate electrode and the channel and the channel resistance Rch as distribution constants. In this case, due to the time delay until the carrier supplied from the source side reaches the drain side, for example, the time for charging the channel and gate capacitance Cox differs depending on the location, which affects the high-frequency operation of the device. Therefore, the longer the gate length, the larger the amount of electron delay, which affects the device operation as an NQS effect.

また、内在的トランジスタ部Miの等価回路のパラメータとして図3に示すチャネル抵抗Rch,相互コンダクタンスgm,出力抵抗Rds(=1/gds)といった幾つかのパラメータにNQS効果の影響が現れてくる。従来のコンパクトモデル(BSIM3ver3、EKV等)においては、これらのパラメータ値は周波数が高くなっても一定となっており、このためNQS効果が表れる周波数以上において、現実の高周波トランジスタの挙動が、パラメータ値により規定した低周波数の場合の挙動からずれている。   Further, the influence of the NQS effect appears on several parameters such as the channel resistance Rch, the mutual conductance gm, and the output resistance Rds (= 1 / gds) shown in FIG. 3 as parameters of the equivalent circuit of the intrinsic transistor portion Mi. In the conventional compact model (BSIM3ver3, EKV, etc.), these parameter values are constant even when the frequency becomes high. Therefore, the behavior of an actual high-frequency transistor exceeds the parameter value at which the NQS effect appears. It deviates from the behavior at the low frequency specified by

いわゆるコンパクトモデル(BSIM3ver3、EKV等)においては、NQS効果が取り入れられていないNQモードと、NQS効果を取り入れているNQSモードがあり、NQモードで一般的に低周波の動作を再現している。   In so-called compact models (BSIM3 ver3, EKV, etc.), there are an NQ mode that does not incorporate the NQS effect and an NQS mode that incorporates the NQS effect, and generally reproduces low-frequency operation in the NQ mode.

NQモードにおいて図15に示す従来の等価回路に実際の物理量に対応するパラメータ値を設定し、当該等価回路のSパラメータをシミュレーションにより求め、さらに当該等価回路に対応する実際のトランジスタのSパラメータを測定し、両者を比較した。
図4(A)〜図4(D)は、このときの実測値とシミュレーション値(「Sim.」と表記)とを比較するSパラメータのグラフである。これらの図に示すように、図15に示す従来の等価回路に基づくシミュレーションにおいて、高周波の約10GHz以上で特性にずれが生じることがわかる。これが、NQS効果が取り入れられていないために生じるずれ量である。
In the NQ mode, a parameter value corresponding to the actual physical quantity is set in the conventional equivalent circuit shown in FIG. 15, the S parameter of the equivalent circuit is obtained by simulation, and the S parameter of the actual transistor corresponding to the equivalent circuit is measured. The two were compared.
4A to 4D are graphs of S parameters for comparing the actual measurement value and the simulation value (denoted as “Sim.”) At this time. As shown in these figures, in the simulation based on the conventional equivalent circuit shown in FIG. 15, it can be seen that the characteristic is shifted at a high frequency of about 10 GHz or more. This is the amount of deviation that occurs because the NQS effect is not incorporated.

従来のコンパクトモデルは、NQS効果を再現するために、集中定数としてのチャネル抵抗Rch(図3参照)の代わりに、入力側のゲートに対し寄生素子としてゲート抵抗(ゲート電極のシート抵抗等)Rgに加えて、ゲートからみた分布チャネル抵抗を付加することが提案されている。この分布チャネル抵抗はelmoreにより提案されたことから、一般に「elmoreのDelay」あるいは「elmore抵抗」と呼ばれることがある。
本実施の形態において、図1に示すようにゲート抵抗に、elmore抵抗としての分布チャネル抵抗(NQSゲート抵抗)Rg_NQSの成分を含ませていることは、以上の理由による。
In the conventional compact model, in order to reproduce the NQS effect, instead of the channel resistance Rch (see FIG. 3) as a lumped constant, a gate resistance (such as a sheet resistance of the gate electrode) Rg as a parasitic element with respect to the gate on the input side. In addition to the above, it has been proposed to add distributed channel resistance viewed from the gate. Since this distributed channel resistance was proposed by elmore, it is generally called “elmore delay” or “elmore resistance”.
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the distributed resistance (NQS gate resistance) Rg_NQS component as the elmore resistance is included in the gate resistance for the above reason.

しかし単に、このNQSゲート抵抗Rg_NQSを、ゲート電極のシート抵抗およびゲートコンタクト抵抗を表すゲート抵抗に付加しただけでは、シミュレーションと実測とのSパラメータの比較でずれを正確に修正できない。   However, simply adding this NQS gate resistance Rg_NQS to the gate resistance representing the sheet resistance and gate contact resistance of the gate electrode cannot correct the deviation accurately by comparing the S parameter between the simulation and the actual measurement.

たとえば、実際のSパラメータから抽出されるゲート抵抗の値の周波数特性を、図5に示す。
図5から、Sパラメータから抽出されるゲート抵抗Rg_sparaは周波数が大きくなるにしたがって増大していくことがわかり、この原因としては、電磁界効果によるスキンエフェクトによる抵抗の増大が考えられる。このため、この電磁界効果の影響を考慮することが、正確なSパラメータの再現に必要である。
For example, FIG. 5 shows the frequency characteristics of the gate resistance value extracted from the actual S parameter.
FIG. 5 shows that the gate resistance Rg_spara extracted from the S parameter increases as the frequency increases, and this may be due to an increase in resistance due to the skin effect due to the electromagnetic field effect. For this reason, it is necessary to consider the influence of the electromagnetic field effect in order to accurately reproduce the S parameter.

そこで、本実施の形態において、図1に示すように寄生的回路におけるゲート抵抗Rg0を、ゲート電極およびゲート配線のシート抵抗およびゲートコンタクト抵抗を含みレイアウトから計算されるゲート抵抗のレイアウト成分Rg_layoutと、スキンエフェクトなどによる電磁界効果成分Rg_emとの和で表現している。この抵抗成分の分離手法の具体例については他の実施の形態で述べる。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the gate resistance Rg0 in the parasitic circuit is determined by the layout component Rg_layout of the gate resistance calculated from the layout including the sheet resistance and gate contact resistance of the gate electrode and the gate wiring, It is expressed as a sum with an electromagnetic field effect component Rg_em by a skin effect or the like. A specific example of this resistance component separation method will be described in another embodiment.

実際のデバイスにおいて、NQSゲート抵抗Rg_NQSおよびスキンエフェクトなどによる電磁界効果成分Rg_emは、動作周波数とともに増大する。そこで本実施の形態において、NQSゲート抵抗Rg_NQSおよびスキンエフェクトなどによる電磁界効果成分Rg_emの少なくとも一方のパラメータ、望ましくは両方のパラメータに周波数依存性を持たせる。周波数依存性を持たせる方法としては、そのパラメータを周波数の関数で表現してもよいし、あるいは、周波数ごとに各パラメータの最適値をメモリにテーブルとして予め格納しておき、使用周波数が決まると、それに応じて各パラメータの最適値を読み出して自動的に、NQSゲート抵抗Rg_NQS、および/または、スキンエフェクトなどによる電磁界効果成分Rg_emの値を設定する構成としてもよい。   In an actual device, the electromagnetic field effect component Rg_em due to the NQS gate resistance Rg_NQS and the skin effect increases with the operating frequency. Therefore, in the present embodiment, at least one parameter of the NQS gate resistance Rg_NQS and the electromagnetic field effect component Rg_em due to the skin effect or the like, preferably both parameters have frequency dependency. As a method of giving frequency dependence, the parameter may be expressed as a function of frequency, or the optimum value of each parameter is stored in advance in a memory as a table for each frequency, and the use frequency is determined. In response to this, the optimum value of each parameter may be read, and the NQS gate resistance Rg_NQS and / or the value of the electromagnetic field effect component Rg_em due to a skin effect or the like may be automatically set.

つぎに、出力抵抗について説明する。
実際のデバイスにおいて、上述したNQS効果によってドレインに到達するキャリアの時間遅れが生じ、これが出力抵抗Rdsの増大を伴う。ところが、従来のコンパクトモデルは、図3に示す出力抵抗Rdsを周波数によらず一定としているため、出力側(ドレイン側)でのNQS現象を再現できていない。
従来は、この出力抵抗Rdsの増大に伴う高周波特性のずれを修正する方法として、シミュレーションを行い、出力側を特性インピーダンスで終端したときの出力反射係数S22が理想カーブと合うように、基板抵抗値をフィッティングさせていた。このため、シミュレーションとパラメータの変更を何度か繰り返す手間を要していた。
Next, the output resistance will be described.
In an actual device, the above-described NQS effect causes a time delay of carriers reaching the drain, which is accompanied by an increase in the output resistance Rds. However, the conventional compact model does not reproduce the NQS phenomenon on the output side (drain side) because the output resistance Rds shown in FIG. 3 is constant regardless of the frequency.
Conventionally, as a method for correcting the deviation of the high frequency characteristics accompanying the increase in the output resistance Rds, simulation is performed, and the substrate resistance value is set so that the output reflection coefficient S22 when the output side is terminated with the characteristic impedance matches the ideal curve. Was fitting. For this reason, it has been necessary to repeat the simulation and the parameter change several times.

図6に示す回路図に、この従来のフィッティングによる特性調整で出力抵抗Rdsの高周波での増加の影響を抑制するために必要なパラメータを抽出して示す。図7に、図6に示す回路におけるSパラメータ(出力反射係数)S22の軌跡を示す。
図6に示す回路は、出力反射係数S22に影響するパラメータとして、ドレイン端子Dとソース端子S(バックバイアス端子Bと同電位)との間に接続されている内在的トランジスタ部Mi内の出力抵抗Rdsのほかに、出力抵抗Rdsと並列に接続されている基板回路部分(外在的回路部分)を示している。
この基板回路部分は、図6に示すように、ドレイン端子Dとソース端子Sとの間に直列に接続されているドレイン接合容量Cj_dbおよび基板抵抗Rsub1、ならびに、ドレイン接合容量Cj_dbと基板抵抗Rsub1との接続中点とソース端子Sとの間に直列に接続されている基板抵抗Rsub2およびソース接合容量Cj_sbを含む。
ここで図1に示すソース抵抗Rsおよびドレイン抵抗Rdは出力抵抗Rdsに比べ無視できるほど小さいことから、図6では省略している。ソース側の基板抵抗Rsub3およびRsub4は出力反射係数S22への寄与は相対的に小さいことから省略している。また、各基板抵抗に並列な基板容量Csub1〜Csub4も簡略化のため省略している。
In the circuit diagram shown in FIG. 6, parameters necessary for suppressing the influence of an increase in the output resistance Rds at a high frequency by the characteristic adjustment by the conventional fitting are extracted and shown. FIG. 7 shows the locus of the S parameter (output reflection coefficient) S22 in the circuit shown in FIG.
The circuit shown in FIG. 6 has an output resistance in the intrinsic transistor part Mi connected between the drain terminal D and the source terminal S (the same potential as the back bias terminal B) as a parameter affecting the output reflection coefficient S22. In addition to Rds, a substrate circuit portion (external circuit portion) connected in parallel with the output resistor Rds is shown.
As shown in FIG. 6, the substrate circuit portion includes a drain junction capacitance Cj_db and a substrate resistance Rsub1 connected in series between the drain terminal D and the source terminal S, and a drain junction capacitance Cj_db and a substrate resistance Rsub1. Including a substrate resistance Rsub2 and a source junction capacitance Cj_sb connected in series between the connection midpoint of the source and the source terminal S.
Here, since the source resistance Rs and the drain resistance Rd shown in FIG. 1 are negligibly small compared to the output resistance Rds, they are omitted in FIG. The substrate resistances Rsub3 and Rsub4 on the source side are omitted because the contribution to the output reflection coefficient S22 is relatively small. Also, the substrate capacitances Csub1 to Csub4 parallel to each substrate resistance are omitted for the sake of simplicity.

出力抵抗Rdsと、それに並列な基板回路部分を図6に示す構成で代表させた場合、出力反射係数S22のスミスチャート上での振舞いは、図7に示すようになる。図7においては、出力抵抗Rdsを周波数によらず一定としていることから、図6に示す回路のインピーダンスが基板抵抗Rsub2を考慮した場合としない場合、すなわち「Rds//(Rsub1//Rsub2)」と「Rds//Rsub1」のいずれの場合でも等抵抗面(理想カーブ)からずれている(インピーダンスが低くなっている)様子がわかる。
これが、図4(D)において実測値とシミュレーション値とがずれている理由である。
When the output resistor Rds and the substrate circuit portion parallel to the output resistor Rds are represented by the configuration shown in FIG. 6, the behavior of the output reflection coefficient S22 on the Smith chart is as shown in FIG. In FIG. 7, since the output resistance Rds is constant regardless of the frequency, the impedance of the circuit shown in FIG. 6 is not the case where the substrate resistance Rsub2 is taken into consideration, that is, “Rds // (Rsub1 // Rsub2)”. And “Rds // Rsub1”, it can be seen that there is a deviation (impedance is low) from the iso-resistance surface (ideal curve).
This is the reason why the actual measurement value and the simulation value are different from each other in FIG.

このずれを修正するために、従来のトランジスタモデルを用いる場合は、シミュレーション結果を参照しながら基板抵抗値をフィティングさせる方法が採られていた。
図8は、レイアウトから計算により求めた基板抵抗値(測定値)とSパラメータのフィッティング後に抽出した基板抵抗値とを比較して示す図表である。
図8において、実測の出力反射係数S22から抽出される抵抗Rsub1の値250[Ω]が、レイアウトから測定される基板抵抗Rsub1の値50[Ω]より大きくなっている。これは、高周波でNQSとして出力抵抗Rdsが上昇する効果を、コンパクトモデルは出力抵抗Rdsを固定としているため反映しておらず、そのためSパラメータのフィッティングを行うと出力反射係数S22の総電力を合わせるように、基板抵抗Rsubが大きくなり、これによって基板側の電力の消費を下げることで説明がつく。
In order to correct this deviation, when a conventional transistor model is used, a method of fitting a substrate resistance value with reference to a simulation result has been adopted.
FIG. 8 is a table showing a comparison between the substrate resistance value (measured value) obtained by calculation from the layout and the substrate resistance value extracted after fitting the S parameter.
In FIG. 8, the value 250 [Ω] of the resistance Rsub1 extracted from the actually measured output reflection coefficient S22 is larger than the value 50 [Ω] of the substrate resistance Rsub1 measured from the layout. This does not reflect the effect of increasing the output resistance Rds as NQS at a high frequency because the compact model fixes the output resistance Rds. Therefore, when the S parameter is fitted, the total power of the output reflection coefficient S22 is adjusted. As described above, the substrate resistance Rsub increases, and this can be explained by reducing the power consumption on the substrate side.

そこで本実施の形態において、内在的トランジスタ部Mi内の出力抵抗Rdsに周波数依存性を持たせる。周波数依存性を持たせる方法としては、そのパラメータ(出力抵抗Rds)を周波数の関数で表現してもよいし、あるいは、周波数ごとに出力抵抗Rdsの最適値をメモリにテーブルとして予め格納しておき、使用周波数が決まると、それに応じて出力抵抗Rdsの最適値を読み出して自動的に出力抵抗パラメータを設定する構成としてもよい。
さらに、出力抵抗Rdsをデフォルト値などの一定値としたまま、周波数に応じて出力抵抗Rdsの増加分の影響をキャンセルするように、基板抵抗Rsub1〜Rsub4のすべて、あるいは幾つか、たとえば基板抵抗Rsub1とRsub2に周波数依存性を持たせるようにしてもよい。この場合においても、周波数依存性を持たせる方法としては、そのパラメータ(基板抵抗)を周波数の関数で表現してもよいし、あるいは、周波数ごとに基板抵抗の最適値をメモリにテーブルとして予め格納しておき、使用周波数が決まると、それに応じて基板抵抗の最適値を読み出して自動的に基板抵抗パラメータを設定する構成としてもよい。また、基板抵抗に加えて基板容量にも、上記と同じ様な方法によって周波数依存性を持たせることも可能である。
Therefore, in the present embodiment, the frequency dependency is given to the output resistance Rds in the intrinsic transistor portion Mi. As a method of giving frequency dependence, the parameter (output resistance Rds) may be expressed as a function of frequency, or the optimum value of the output resistance Rds for each frequency is stored in advance as a table in a memory. When the use frequency is determined, an optimum value of the output resistance Rds may be read out and the output resistance parameter may be automatically set accordingly.
Further, all or some of the substrate resistances Rsub1 to Rsub4, for example, the substrate resistance Rsub1, are set so as to cancel the influence of the increase in the output resistance Rds depending on the frequency while keeping the output resistance Rds at a constant value such as a default value. And Rsub2 may have frequency dependency. Even in this case, as a method of giving frequency dependence, the parameter (substrate resistance) may be expressed as a function of frequency, or the optimum value of substrate resistance for each frequency is stored in advance as a table in a memory. In addition, when the use frequency is determined, an optimum value of the substrate resistance may be read in accordance with the determined frequency and the substrate resistance parameter may be automatically set. In addition to the substrate resistance, the substrate capacitance can also be given frequency dependence by the same method as described above.

なお、基板抵抗に周波数依存性を持たせる場合、図1において煩雑となるため記述していないが、基板抵抗Rsub1〜Rsub4のそれぞれは、レイアウト成分と、上記周波数依存成分(NQS成分)とを分離したパラメータ構造とすることが望ましい。つまり、ドレイン基板抵抗Rsub1はレイアウト成分Rsub1_layoutとNQS成分Rsub1_NQSとの和で示され、ソース・ドレイン基板抵抗Rsub2はレイアウト成分Rsub2_layoutとNQS成分Rsub2_NQSとの和で示され、ソース・ドレイン基板抵抗Rsub3はレイアウト成分Rsub3_layoutとNQS成分Rsub3_NQSとの和で示され、さらに、ソース基板抵抗Rsub4はレイアウト成分Rsub4_layoutとNQS成分Rsub4_NQSとの和で示される。この抵抗成分の分離手法の具体例については他の実施の形態で述べる。   In the case where the substrate resistance is made to have frequency dependency, it is not described in FIG. 1 because it is complicated. However, each of the substrate resistances Rsub1 to Rsub4 separates the layout component from the frequency dependent component (NQS component). It is desirable to have a parameter structure. That is, the drain substrate resistance Rsub1 is indicated by the sum of the layout component Rsub1_layout and the NQS component Rsub1_NQS, the source / drain substrate resistance Rsub2 is indicated by the sum of the layout component Rsub2_layout and the NQS component Rsub2_NQS, and the source / drain substrate resistance Rsub3 is determined by the layout. The sum of the component Rsub3_layout and the NQS component Rsub3_NQS is indicated, and the source substrate resistance Rsub4 is indicated by the sum of the layout component Rsub4_layout and the NQS component Rsub4_NQS. A specific example of this resistance component separation method will be described in another embodiment.

本実施の形態において、出力抵抗Rds、および/または、外在的回路の基板抵抗Rsub1〜Rsub4の各パラメータ値を可変とすることによって出力側のNQS現象を再現し、これにより高周波での現象、すなわち高周波における出力抵抗Rds(=1/gds)の増加が高周波特性に与える影響を抑制している。   In the present embodiment, the NQS phenomenon on the output side is reproduced by varying each parameter value of the output resistance Rds and / or the substrate resistances Rsub1 to Rsub4 of the external circuit, thereby causing a phenomenon at a high frequency. That is, the influence of the increase in the output resistance Rds (= 1 / gds) at the high frequency on the high frequency characteristics is suppressed.

本実施の形態において、出力抵抗Rdsおよび/または基板抵抗Rsub1〜Rsub4に周波数依存性を持たせることによって、シミュレーション結果を参照しながらパラメータのフィティングを行うことなく、使用周波数の情報を与えるだけで最適なパラメータ値となる。その結果、実デバイスのSパラメータの測定値に対し、とくに入力反射係数S11、順方向伝送係数S21、および、主に出力抵抗Rdsで決まる出力反射係数S22において、本実施の形態のトランジスタモデルが実測値と良く整合する。   In the present embodiment, by giving the output resistance Rds and / or substrate resistances Rsub1 to Rsub4 frequency dependence, it is only necessary to provide information on the operating frequency without performing parameter fitting while referring to the simulation result. It is an optimal parameter value. As a result, the transistor model of the present embodiment is actually measured with respect to the measured value of the S parameter of the actual device, particularly in the input reflection coefficient S11, the forward transmission coefficient S21, and the output reflection coefficient S22 mainly determined by the output resistance Rds. It is in good agreement with the value.

なお、図1に示すトランジスタモデルは望ましい構成の一例である。
前述したように、内在的トランジスタ部Miをコンパクトモデルとしてもよいし、等価回路モデルとしてもよい。
Note that the transistor model illustrated in FIG. 1 is an example of a desirable configuration.
As described above, the intrinsic transistor portion Mi may be a compact model or an equivalent circuit model.

本実施の形態において、トランジスタモデルに含ませるレイアウト成分の種類や組み合わせは任意である。したがって、高周波トランジスタモデルに、今まで説明した各種レイアウト成分の少なくとも一つが含まれていればよい。
このようなレイアウト成分として図1に示すものでは、ゲート抵抗のレイアウト成分Rg_layout、配線と基板の結合容量Cc_gbおよびCc_db、その結合容量に連なる基板抵抗Rsub_gb,Rsub_dbおよび基板容量Csub_gb,Csub_db、配線間の結合容量Cc_gdおよびゲート・ソース配線結合容量Cc_gs、配線のインダクタ成分Lg_layout,Ls_layoutおよびLd_layoutがある。また、図1に直接示していないレイアウト成分としては、外在的回路内の基板抵抗Rsub1〜Rsub4のレイアウト成分Rsub1_layout〜Rsub4_layoutがある。
また、ソース端子Sとバックバイアス端子Bを短絡しない場合は、ドレイン側と同様に、ソースと基板の結合容量、その基板抵抗および基板容量、さらには、ソース配線とドレイン配線の結合容量なども、このレイアウト成分に追加する必要がある。
なお、外在的回路の基板回路を構成する基板抵抗および基板容量のうち、とくに基板抵抗Rsub1およびRsub4、ならびに、基板容量Csub1およびCsub4は、トランジスタ本来のレイアウト以外にバックバイアス電圧の印加箇所の位置に応じて異なることから、レイアウトパラメータとして寄生的回路に入れてもよい。
In the present embodiment, the types and combinations of layout components included in the transistor model are arbitrary. Accordingly, it is sufficient that at least one of the various layout components described so far is included in the high-frequency transistor model.
In such a layout component shown in FIG. 1, the layout component Rg_layout of the gate resistance, the coupling capacitances Cc_gb and Cc_db of the wiring and the substrate, the substrate resistances Rsub_gb and Rsub_db and the substrate capacitances Csub_gb and Csub_db connected to the coupling capacitance, There are a coupling capacitance Cc_gd, a gate-source wiring coupling capacitance Cc_gs, and wiring inductor components Lg_layout, Ls_layout and Ld_layout. Further, layout components not directly shown in FIG. 1 include layout components Rsub1_layout to Rsub4_layout of substrate resistances Rsub1 to Rsub4 in the external circuit.
Further, when the source terminal S and the back bias terminal B are not short-circuited, the source-substrate coupling capacitance, the substrate resistance and the substrate capacitance, and the source wiring-drain wiring coupling capacitance, as well as the drain side, It is necessary to add to this layout component.
Of the substrate resistance and substrate capacitance constituting the substrate circuit of the external circuit, in particular, the substrate resistances Rsub1 and Rsub4, and the substrate capacitances Csub1 and Csub4 are positions of the application point of the back bias voltage in addition to the original layout of the transistor. Therefore, the layout parameter may be included in the parasitic circuit.

外在的回路は、半導体デバイス構造に応じて図1と異なる構成でもよい。
たとえば、SOI(silicon-on-insulator)トランジスタでは、図1に示すドレイン接合容量Cj_dbおよびソース接合容量Cj_sbを、いわゆるボックス(box)酸化膜などの絶縁膜容量に置き換えることができる。一般に、絶縁膜容量は接合容量に比べかなり大きいことから、基板抵抗Rsub1〜Rsub4および基板容量Csub1〜Csub4により構成されている基板回路を省略または簡略化することが可能である。半導体基板を電気的フローティング状態とするか、一定電圧で電気的に固定するが、通常、その半導体基板(バックバイアス端子B)が図1に示すようにソース端子Sと接続されることはない。
一方、半導体基板側の影響を無視できる場合において、図1に示す基板回路をSOIボディ領域の等価回路とみなすことも可能である。この場合、基板抵抗や基板容量の値が通常の高周波トランジスタとは大きく異なり、また、SOI型トランジスタの動作を部分空乏型とするか完全空乏型とするかの違い、ボディ領域を電気的にフローティングとするか固定とするかの違いに応じて、基板回路の構成も異なる。
さらに、図1に示す2つのオーバーラップ結合容量Cgs_ovおよびCgd_ovを内在的トランジスタ部Miに含ませ(たとえば、図3に示す等価回路モデル内の容量Cgd_intおよびCgs_intに含ませ)、外在的回路からは省略してもよい。
The external circuit may have a different configuration from that of FIG. 1 depending on the semiconductor device structure.
For example, in an SOI (silicon-on-insulator) transistor, the drain junction capacitance Cj_db and the source junction capacitance Cj_sb shown in FIG. 1 can be replaced with an insulating film capacitance such as a so-called box oxide film. In general, since the insulating film capacitance is considerably larger than the junction capacitance, it is possible to omit or simplify the substrate circuit constituted by the substrate resistances Rsub1 to Rsub4 and the substrate capacitances Csub1 to Csub4. Although the semiconductor substrate is in an electrically floating state or is electrically fixed at a constant voltage, the semiconductor substrate (back bias terminal B) is not normally connected to the source terminal S as shown in FIG.
On the other hand, when the influence on the semiconductor substrate side can be ignored, the substrate circuit shown in FIG. 1 can be regarded as an equivalent circuit in the SOI body region. In this case, the values of substrate resistance and substrate capacitance are greatly different from those of normal high-frequency transistors, and the body region is electrically floating depending on whether the operation of the SOI type transistor is a partial depletion type or a full depletion type. Depending on whether it is fixed or fixed, the configuration of the substrate circuit is also different.
Further, the two overlapping coupling capacitors Cgs_ov and Cgd_ov shown in FIG. 1 are included in the intrinsic transistor portion Mi (for example, included in the capacitors Cgd_int and Cgs_int in the equivalent circuit model shown in FIG. 3), and from the external circuit. May be omitted.

本実施の形態に係る高周波トランジスタモデルは、以下の利点を有する。
第1に、本実施の形態に係る高周波トランジスタモデルが、レイアウト起因の寄生成分を含む寄生的回路を有し、ある程度レイアウトにより変化するパラメータが最初からトランジスタモデルに組み込まれていることから、より実デバイスに近い高周波トランジスタモデルとなっている。
The high-frequency transistor model according to the present embodiment has the following advantages.
First, the high-frequency transistor model according to the present embodiment has a parasitic circuit including a parasitic component due to layout, and parameters that change to some extent depending on the layout are incorporated in the transistor model from the beginning. It is a high-frequency transistor model close to the device.

第2に、本実施の形態に係る高周波トランジスタモデルは、外在的回路のゲート抵抗にチャネル内走行キャリアの時間遅れのゲート制御に対する影響を付与するNQSゲート抵抗Rg_NQSを含み、かつ、寄生的回路のゲート抵抗Rg0にスキンエフェクトなどの電磁界効果のゲート制御に対する影響を付与する成分として電磁界成分Rg_emを含み、これにより高周波での現象を再現できることから、より高精度で実デバイスに近い高周波トランジスタモデルとなっている。   Second, the high-frequency transistor model according to the present embodiment includes an NQS gate resistor Rg_NQS that gives an influence on the gate control of the time delay of the intra-channel traveling carrier to the gate resistance of the external circuit, and the parasitic circuit The gate resistance Rg0 includes an electromagnetic field component Rg_em as a component that gives influence on the gate control of an electromagnetic field effect such as a skin effect, and this can reproduce a phenomenon at a high frequency. It is a model.

第3に、本実施の形態に係る高周波トランジスタモデルは、外在的回路の基板抵抗Rsub1〜Rsub4のそれぞれ、または、任意の必要な基板抵抗が、レイアウトから求められる成分Rsub1_layout〜Rsub4_layoutと、チャネル内走行キャリアの時間遅れの出力抵抗Rdsに対する影響を付与するドレインNQS成分Rsub1_NQS〜Rsub4_NQSとの和で示されている。このため出力抵抗Rdsを周波数に対し実デバイスとほぼ同じ様に変化させることができ、このため、より高精度で実デバイスに近い高周波トランジスタモデルとなっている。   Thirdly, the high-frequency transistor model according to the present embodiment has components Rsub1_layout to Rsub4_layout in which each of the substrate resistances Rsub1 to Rsub4 of the external circuit or any necessary substrate resistance is obtained from the layout, and in the channel. It is shown as the sum of drain NQS components Rsub1_NQS to Rsub4_NQS that give influence on the output resistance Rds of the time delay of the traveling carrier. For this reason, the output resistance Rds can be changed with respect to the frequency in substantially the same manner as the actual device, and therefore, a high-frequency transistor model close to the actual device is obtained with higher accuracy.

第4に、内在的トランジスタ部Mi内の出力抵抗Rdsを表すパラメータ、外在的回路内の基板抵抗Rsub1〜Rsub4のそれぞれ、または、任意の必要な基板抵抗の少なくとも一つが周波数依存性を持つことから、とくに出力反射係数S22が実デバイスと近い周波数特性を有している。このため、より高精度で実デバイスに近い高周波トランジスタモデルとなっている。   Fourth, at least one of the parameters representing the output resistance Rds in the intrinsic transistor part Mi, the substrate resistances Rsub1 to Rsub4 in the external circuit, or any necessary substrate resistance has frequency dependence. Therefore, the output reflection coefficient S22 has a frequency characteristic close to that of the actual device. Therefore, the high-frequency transistor model is more accurate and close to an actual device.

以上の第1〜第4の利点のいずれか一つ、または、その幾つかを組み合わせることによる総合的な利点として、本実施の形態においてレイアウトスケーラブルな高周波トランジスタモデルが実現されている。言い換えると、本実施の形態に係る高周波トランジスタモデルは、フィッティング手法によりパラメータを決定する必要がないか、必要な場合でも、わずかの変更でパラメータの最適化が可能であることから、レイアウト変更が容易である。   As a comprehensive advantage by combining any one of the first to fourth advantages described above or some of them, a layout-scalable high-frequency transistor model is realized in the present embodiment. In other words, the high-frequency transistor model according to the present embodiment does not require parameters to be determined by the fitting method, or even if necessary, the parameters can be optimized with a slight change, so that the layout can be easily changed. It is.

[第2の実施の形態]
高周波トランジスタモデルの作成方法の例を、とくにパラメータ値の決定(抽出および確定)の方法を中心に説明する。
[Second Embodiment]
An example of a method for creating a high-frequency transistor model will be described focusing on a method for determining (extracting and determining) parameter values.

高周波トランジスタモデルの作成ステップは、第1の実施の形態において記述した、たとえば図1に示すような等価回路を作成することによってモデルのアウトラインを作成するステップと、この作成したアウトライン(等価回路)の各パラメータ値を決定するステップとに大別される。本実施の形態では、主に、このパラメータ値を決定するステップを説明する。   The high-frequency transistor model creation step includes a step of creating a model outline by creating an equivalent circuit described in the first embodiment, for example, as shown in FIG. 1, and a step of creating this outline (equivalent circuit). It is roughly divided into steps for determining each parameter value. In the present embodiment, the step of determining this parameter value will be mainly described.

図9に、パラメータ値を決定するための主なステップを示す。
この図において便宜上、内在的トランジスタ部のパラメータ決定フロー、外在的回路のパラメータ決定フロー、寄生的回路のパラメータ決定フローを分けて示している。ただし、実際のパラメータ決定はこれに限らず、たとえば測定、計算、シミュレーションなどの作業の種類ごとにパラメータ決定を行うと効率的である。また、パラメータの利用関係に矛盾がない範囲で各ステップの順番は任意である。つまり、当然のことであるが計算等に用いるパラメータ値の決定は、その計算より先に行う必要があり、このことを遵守するかぎり各ステップの順番は任意である。
また、ここに示す具体的なパラメータ抽出方法はあくまで一例であり、これに限らない。さらに、シミュレータの種類(商品名)、すなわちデバイスシミュレータの「Medici」、容量シミュレータの「SENECA」、基板シミュレータの「substrate stream」、「DESISSの3D Sim」も単なる例示にすぎない。
FIG. 9 shows the main steps for determining parameter values.
In this figure, for convenience, the parameter determination flow of the intrinsic transistor part, the parameter determination flow of the external circuit, and the parameter determination flow of the parasitic circuit are shown separately. However, actual parameter determination is not limited to this, and it is efficient to perform parameter determination for each type of work such as measurement, calculation, and simulation. Further, the order of the steps is arbitrary as long as there is no contradiction in the parameter usage relationship. That is, as a matter of course, the parameter value used for calculation or the like must be determined prior to the calculation, and the order of the steps is arbitrary as long as this is observed.
Further, the specific parameter extraction method shown here is merely an example, and the present invention is not limited to this. Further, the type of simulator (trade name), ie, the device simulator “Medici”, the capacity simulator “SENECA”, the substrate simulator “substrate stream”, and “DESISS 3D Sim” are merely examples.

図9に示すように、内在的トランジスタ部について、ステップST1aで高周波トランジスタのDC特性の測定(たとえば電流−電圧(I−V)特性の測定)を行い、相互コンダクタンスgm、ドレインコンダクタンスgds(すなわち出力抵抗Rds)を求める。
また、高周波トランジスタの容量−電圧(C−V)測定を行い、内在的ゲート・ドレイン容量Cgd_intを求める。
As shown in FIG. 9, the DC characteristics of the high-frequency transistor (for example, measurement of current-voltage (IV) characteristics) are measured in step ST1a for the intrinsic transistor portion, and the mutual conductance gm and drain conductance gds (that is, output) are measured. Resistance Rds) is obtained.
Further, the capacitance-voltage (C-V) measurement of the high-frequency transistor is performed to determine the intrinsic gate / drain capacitance Cgd_int.

ステップST4aで高周波トランジスタのデバイスシミュレーション(D.Sim.)を行い、内在的ゲート・ソース容量Cgs_int、内在的ドレイン・ソース容量Cds_intおよび内在的ゲート・基板容量Cgb_intを求める。ここでは、たとえば「Medici」を用いる。
なお、内在的トランジスタ部のパラメータのうちゲートに接続されている容量、すなわち内在的ゲート・ドレイン容量Cgd_int、内在的ゲート・ソース容量Cgs_intおよび内在的ゲート・基板容量Cgb_intは、コンパクトモデルや等価回路モデルに既に用意されているコマンド値(op値)を用いてもよい。
In step ST4a, device simulation (D.Sim.) Of the high-frequency transistor is performed to determine the intrinsic gate / source capacitance Cgs_int, the intrinsic drain / source capacitance Cds_int, and the intrinsic gate / substrate capacitance Cgb_int. Here, for example, “Medici” is used.
Of the parameters of the intrinsic transistor section, the capacitance connected to the gate, that is, the intrinsic gate / drain capacitance Cgd_int, the intrinsic gate / source capacitance Cgs_int, and the intrinsic gate / substrate capacitance Cgb_int are a compact model or equivalent circuit model. Alternatively, a command value (op value) already prepared may be used.

つぎに、外在的回路についてのパラメータ決定を説明する。
ステップST2bにおいて寄生成分抽出のための計算を行い、ドレイン抵抗Rd、ソース抵抗Rs、ドレイン接合容量Cj_dbおよびソース接合容量Cj_sbを求める。
ドレイン抵抗Rdとソース抵抗Rsは、ソース側とドレイン側の拡散層(ソース領域およびドレイン領域)のデザインが対称な場合は同じ計算式から求められる。この計算は、ドレイン抵抗Rdを例にとると次式(1)を用いて行うことができる。
Next, parameter determination for the external circuit will be described.
In step ST2b, calculation for extracting parasitic components is performed to obtain a drain resistance Rd, a source resistance Rs, a drain junction capacitance Cj_db, and a source junction capacitance Cj_sb.
The drain resistance Rd and the source resistance Rs can be obtained from the same calculation formula when the design of the diffusion layers (source region and drain region) on the source side and the drain side is symmetric. This calculation can be performed using the following equation (1), taking the drain resistance Rd as an example.

[数1]
Rd=(W/Ld)・Rsheet_d
+(W/Lext)・Rsheet_ext
+Rcon_d/Ncon_d …(1)
[Equation 1]
Rd = (W / Ld) · Rsheet_d
+ (W / Lext) ・ Rsheet_ext
+ Rcon_d / Ncon_d (1)

ここで「W」はドレイン領域およびそのエクステンション部の幅、「Ld」はドレイン領域のチャネル側端からコンタクトまでの実効的な長さ、「Lext」はエクステンション部の長さ、「Rsheet_d」はドレイン領域のシート抵抗、「Rsheet_ext」はエクステンション部のシート抵抗、「Rcon_d」は1個分のコンタクト抵抗、「Ncon_d」はコンタクト数(1以上の整数)を示す。   Here, “W” is the width of the drain region and its extension, “Ld” is the effective length from the channel side end of the drain region to the contact, “Lext” is the length of the extension, and “Rsheet_d” is the drain The sheet resistance of the region, “Rsheet_ext” indicates the sheet resistance of the extension, “Rcon_d” indicates the contact resistance for one piece, and “Ncon_d” indicates the number of contacts (an integer of 1 or more).

ドレイン接合容量Cj_dbとソース接合容量Cj_sbは、ソース側とドレイン側の拡散層(ソース領域およびドレイン領域)のデザインが対称な場合は同じ計算式から求められる。この計算は、ドレイン拡散容量Cj_dbを例にとると次式(2)を用いて行うことができる。   The drain junction capacitance Cj_db and the source junction capacitance Cj_sb can be obtained from the same calculation formula when the design of the diffusion layers (source region and drain region) on the source side and the drain side is symmetric. This calculation can be performed using the following equation (2) when the drain diffusion capacitance Cj_db is taken as an example.

[数2]
Cj_db=Sarea・Cunit_area
+Lperi・Cunit_peri…(2)
[Equation 2]
Cj_db = Sarea / Cunit_area
+ Lperi ・ Cunit_peri… (2)

ここで「Sarea」はドレイン領域をエリア部とエリア部周囲の周縁部(エクステンション部を含む)とを分けた場合のエリア部の面積、「Lperi」は周縁部の幅、「Cunit_area」はエリア部の単位面積あたりの接合容量、「Cunit_peri」は周縁部の単位幅あたりの接合容量を示す。   Here, “Sarea” is the area of the area when the drain region is divided into the area part and the peripheral part (including the extension part) around the area part, “Lperi” is the width of the peripheral part, and “Cunit_area” is the area part. “Cunit_peri” indicates the junction capacity per unit width of the peripheral portion.

図9に示すステップST3bにおいてレイアウト成分抽出のための計算を行い、基板抵抗のレイアウト成分Rsuby_layout(y=1,2,3,4)を求める。この計算において、ソース領域とドレイン領域の実効的な基板内距離、ソース領域またはドレイン領域からバックバイアス給電点までの実効的な基板内距離などと、基板シート抵抗とを用いて計算される。なお、基板抵抗のレイアウト成分Rsuby_layout(y=1,2,3,4)をシミュレーション(「Substrate strom」または「DESISSの3D Sim.」の結果から求めることも可能である。   In step ST3b shown in FIG. 9, the calculation for extracting the layout component is performed to obtain the layout component Rsuby_layout (y = 1, 2, 3, 4) of the substrate resistance. In this calculation, calculation is performed using an effective in-substrate distance between the source region and the drain region, an effective in-substrate distance from the source region or the drain region to the back bias feeding point, and the substrate sheet resistance. The layout component Rsuby_layout (y = 1, 2, 3, 4) of the substrate resistance can be obtained from the result of simulation (“Substrate strom” or “3D Sim. Of DESISS”).

ステップST4bで高周波トランジスタのデバイスシミュレーション(D.Sim.)を行い、NQSゲート抵抗Rg_NQSを求める。ここでは、たとえば「Medici」を用いる。
また、基板シミュレーション(S.Sim.)を行い、基板抵抗Rsubyと基板容量Csuby(y=1,2,3,4)を求める。ここでは、たとえば「substrate stream」または「DESISSの3D Sim.」を用いる。なお、基板抵抗Rsubyを、測定値の出力反射係数S22から求めてもよい。
In step ST4b, device simulation (D.Sim.) Of the high-frequency transistor is performed to obtain the NQS gate resistance Rg_NQS. Here, for example, “Medici” is used.
Further, a substrate simulation (S. Sim.) Is performed to determine the substrate resistance Rsuby and the substrate capacitance Csuby (y = 1, 2, 3, 4). Here, for example, “substrate stream” or “DESISS 3D Sim.” Is used. The substrate resistance Rsuby may be obtained from the measured output reflection coefficient S22.

ステップST5bで基板抵抗からNQS成分を分離するための計算を行う。基板抵抗のNQS成分Rsuby_NQS(y=1,2,3,4)は、測定値から抽出された基板抵抗Rsubyから、そのレイアウト成分Rsuby_layoutを差し引くことにより求められる。
なお、第1の実施の形態で述べたように、内在的トランジスタ部内の出力抵抗Rdsに周波数依存性を持たせる場合には、このステップST5bおよびステップST3bは省略可能である。
In step ST5b, calculation for separating the NQS component from the substrate resistance is performed. The NQS component Rsuby_NQS (y = 1, 2, 3, 4) of the substrate resistance is obtained by subtracting the layout component Rsuby_layout from the substrate resistance Rsuby extracted from the measured value.
As described in the first embodiment, when making the output resistance Rds in the intrinsic transistor portion have frequency dependence, the steps ST5b and ST3b can be omitted.

つぎに、寄生的回路についてのパラメータ決定を説明する。
ステップST1cにおいて高周波トランジスタのDC測定を行い、その全ゲート抵抗Rg_totalを求める。本例において、後述するゲート抵抗の電磁界効果成分を分離するための計算(ステップST5c)に必要なことから全ゲート抵抗Rg_totalを予め求めるが、ステップST5cの電磁界効果成分を、たとえばシミュレーションにより直接求めることができるのであれば、この最初のステップST1cは不要である。
Next, parameter determination for the parasitic circuit will be described.
In step ST1c, DC measurement of the high-frequency transistor is performed to determine the total gate resistance Rg_total. In this example, the total gate resistance Rg_total is obtained in advance because it is necessary for the calculation (step ST5c) for separating the electromagnetic field effect component of the gate resistance to be described later. If it can be obtained, this first step ST1c is unnecessary.

ステップST3cにおいてレイアウト成分抽出のための計算を行い、ゲート抵抗のレイアウト成分Rg_layout、ドレイン抵抗のレイアウト成分Rd_layout、および、ソース抵抗のレイアウト成分Rs_layoutを求める。
ゲート抵抗のレイアウト成分Rg_layoutは、ゲートコンタクトの取り方によって異なる。ゲート電極のフィンガー数がM(M:1以上の整数)でゲート配線が1層の場合を例とすると、ゲート抵抗のレイアウト成分Rg_layoutは次式(3)により求めることができる。
In step ST3c, a calculation for extracting a layout component is performed to obtain a layout component Rg_layout of the gate resistance, a layout component Rd_layout of the drain resistance, and a layout component Rs_layout of the source resistance.
The layout component Rg_layout of the gate resistance differs depending on how to make the gate contact. Taking as an example a case where the number of fingers of the gate electrode is M (M is an integer of 1 or more) and the gate wiring is one layer, the layout component Rg_layout of the gate resistance can be obtained by the following equation (3).

[数3]
Rg_layout=k・(Lg/(M・Wfinger))・Rsheet_gf
+Rcon_gf/Ncon_gf
+(L1mg/W1mf)・Rsheet_1mg) …(3)
[Equation 3]
Rg_layout = k · (Lg / (M · Wfinger)) · Rsheet_gf
+ Rcon_gf / Ncon_gf
+ (L1mg / W1mf) · Rsheet_1mg) (3)

ここで「k」はコンタクトのとり方に応じた値の数であり、たとえば、ゲートフィンガー部の片側にコンタクトをとる場合は1/3、両側にコンタクトをとる場合は1/12の値に設定するとよい。また、「Lg」はゲートフィンガー部の実効的長さ、「L1mg」はゲート配線の実効的長さ、「Wfinger」はゲートフィンガー部の幅、「W1mg」はゲート配線の実効的幅、「Rsheet_gf」はゲートフィンガー部(ゲート電極)のシート抵抗、「Rsheet_1mg」はゲート配線のシート抵抗、「Rcon_gf」はゲートフィンガー部とゲート配線の1個分のコンタクト抵抗、「Ncon_gf」はコンタクト数(1以上の整数)を示す。   Here, “k” is the number of values according to how to make the contact. For example, when the contact is made on one side of the gate finger portion, 1/3 is set, and when the contact is made on both sides, the value is set to 1/12. Good. “Lg” is the effective length of the gate finger, “L1 mg” is the effective length of the gate wiring, “Wfinger” is the width of the gate finger, “W1 mg” is the effective width of the gate wiring, “Rsheet_gf” "Is the sheet resistance of the gate finger (gate electrode)," Rsheet_1mg "is the sheet resistance of the gate wiring," Rcon_gf "is the contact resistance of one gate finger and gate wiring, and" Ncon_gf "is the number of contacts (1 or more Integer).

ドレイン抵抗のレイアウト成分Rd_layoutおよびソース抵抗のレイアウト成分Rs_layoutについても、係数kの値がゲート抵抗の場合と異なるが、ほぼ同様な式により計算できる。
また、同じステップST3cにおいて、ゲート配線のインダクタ成分Lg_layout、ドレイン配線のインダクタ成分Ld_layout、および、ソース配線のインダクタ成分Ls_layoutを求める。これらは計算による他に、それぞれ固有の値に固定してもよいし、シミュレーションにより求めてもよい。本例において、高周波動作にともなうゲート配線のインダクタ成分の増加分は、後述するステップST5cで求める電磁界効果成分Rg_emに含まれる場合、ゲート配線のインダクタ成分を固定とすることが望ましい。なお、とくに詳細に説明しないが、この高周波動作にともなう配線のインダクタ成分の増加分をモデルに反映させるやり方は、ドレイン配線やソース配線に対しても同様に適用できる。
The layout component Rd_layout of the drain resistance and the layout component Rs_layout of the source resistance can also be calculated by substantially the same formula, although the value of the coefficient k is different from that of the gate resistance.
In the same step ST3c, an inductor component Lg_layout of the gate wiring, an inductor component Ld_layout of the drain wiring, and an inductor component Ls_layout of the source wiring are obtained. In addition to calculation, these may be fixed to specific values or may be obtained by simulation. In this example, when the increase in the inductor component of the gate wiring due to the high frequency operation is included in the electromagnetic field effect component Rg_em obtained in step ST5c described later, it is desirable to fix the inductor component of the gate wiring. Although not described in detail, the method of reflecting the increase in the inductor component of the wiring accompanying the high-frequency operation in the model can be similarly applied to the drain wiring and the source wiring.

ステップST4cで容量ミュレーション(C.Sim.)を行い、ゲート・ドレイン配線結合容量Cc_gd、ゲート・ソース配線結合容量Cc_gs、ゲート配線・基板結合容量Cc_Gb、および、ドレイン配線・基板結合容量Cc_dbを求める。ここでは、たとえば「SENECA」を用いる。
また、基板シミュレーション(S.Sim.)を行い、ゲート結合基板抵抗Rsub_gbとゲート結合基板容量Csub_gb、および、ドレイン結合基板抵抗Rsub_dbとドレイン結合基板容量Csub_dbを求める。ここでは、たとえば「substrate stream」を用いる。
In step ST4c, capacitance simulation (C.Sim.) Is performed to obtain a gate / drain wiring coupling capacitance Cc_gd, a gate / source wiring coupling capacitance Cc_gs, a gate wiring / substrate coupling capacitance Cc_Gb, and a drain wiring / substrate coupling capacitance Cc_db. . Here, for example, “SENECA” is used.
Further, a substrate simulation (S. Sim.) Is performed to obtain a gate coupled substrate resistance Rsub_gb and a gate coupled substrate capacitance Csub_gb, and a drain coupled substrate resistance Rsub_db and a drain coupled substrate capacitance Csub_db. Here, for example, “substrate stream” is used.

ステップST5cで全ゲート抵抗から電磁界効果成分を分離するための計算を行う。ゲート抵抗の電磁界効果成分Rg_emは、全ゲート抵抗Rg_totalから、そのレイアウト成分Rg_layoutおよびNQS成分Rg_NQSを差し引くことにより求められる。   In step ST5c, calculation for separating the electromagnetic field effect component from the total gate resistance is performed. The electromagnetic field effect component Rg_em of the gate resistance is obtained by subtracting the layout component Rg_layout and the NQS component Rg_NQS from the total gate resistance Rg_total.

図9に示すパラメータ決定方法は、レイアウト成分を計算により抽出するステップ(たとえばST3b,ST3c)を有すること、さらに望ましくは、そのレイアウト成分を用いて周波数依存成分、たとえばNQS成分あるいは電磁界効果成分を計算により分離するステップ(たとえばST5b,ST5c)を有することが特徴である。これらはいずれも簡単な計算により求まられることから、本実施の形態において、第1の実施の形態に構成例を述べたレイアウトスケーラブルな高周波トランジスタを、容易に作成できるという利益が得られる。   The parameter determination method shown in FIG. 9 includes a step of extracting layout components by calculation (for example, ST3b and ST3c), and more preferably, using the layout components, frequency-dependent components such as NQS components or electromagnetic field effect components are used. It is characterized by having a step (for example, ST5b, ST5c) that is separated by calculation. Since all of these can be obtained by simple calculation, in this embodiment, there is an advantage that a layout-scalable high-frequency transistor described in the first embodiment can be easily created.

図9において4つの基板抵抗Rsub1〜Rsub4のすべてで、基板抵抗Rsubの抽出を行っている。ただし、たとえば基板抵抗Rsub1のみ、あるいは、基板抵抗Rsub1とRsub2といった1つから3つまでの個数の基板抵抗を抽出してもよい。   In FIG. 9, the substrate resistance Rsub is extracted from all the four substrate resistances Rsub1 to Rsub4. However, for example, only one substrate resistance Rsub1 or one to three substrate resistances such as substrate resistances Rsub1 and Rsub2 may be extracted.

以上のように決定したパラメータの値を、モデルアウトラインの作成ステップで求めた各パラメータに設定することにより、トランジスタ特性が所望の高い周波数で求めるなどの際に、コンピュータ上で当該高周波トランジスタを精度よく表現するモデルの作成が完了する。   By setting the parameter values determined as described above to each parameter obtained in the model outline creation step, the high-frequency transistor can be accurately identified on a computer when the transistor characteristics are obtained at a desired high frequency. Creation of the model to represent is completed.

なお、SOI基板に形成された高周波トランジスタについても、上述したモデル作成方法の基本は同様に適用できる。ただし、基板回路が存在しない、あるいは、存在しても極めて影響が小さい場合があることに注意を要する。そこで、以下の方法が望ましい。   Note that the basics of the model creation method described above can be similarly applied to the high-frequency transistor formed on the SOI substrate. However, it should be noted that the substrate circuit does not exist or the influence may be very small even if it exists. Therefore, the following method is desirable.

まず、デバイスシミュレータを用いて、出力抵抗Rdsまたは出力反射係数S22を測定する。
つぎに、ボックス酸化膜を介して半導体基板に伝達する信号の等価回路を構成する。この等価回路を出力抵抗Rdsとボックス酸化膜を介して半導体基板に接続させ、さらにデバイスシミュレーションを行う。この等価回路を接続した場合のシミュレーション結果と、上記未接続時のデバイスシミュレータ結果との差を、電荷の遅れ量を表すNQS成分として算出する。このNQS成分に周波数依存性を持たせることが望ましい。周波数依存成分を持たせる方法としては、周波数とともに増加する関数値としてもよいし、あるいは、周波数に応じた値をテーブルとしてもっていてもよい。
そして、他のパラメータを等価回路にいれ、回路動作をさせることで、所望の高周波でのトランジスタ特性が得られる。このようにして、等価回路から高周波SOI型トランジスタの特性が算出される。
First, the output resistance Rds or the output reflection coefficient S22 is measured using a device simulator.
Next, an equivalent circuit of a signal transmitted to the semiconductor substrate through the box oxide film is configured. This equivalent circuit is connected to the semiconductor substrate via the output resistor Rds and the box oxide film, and device simulation is further performed. The difference between the simulation result when this equivalent circuit is connected and the device simulator result when the equivalent circuit is not connected is calculated as an NQS component representing the amount of charge delay. It is desirable to give this NQS component frequency dependence. As a method for providing a frequency-dependent component, a function value that increases with frequency may be used, or a value corresponding to the frequency may be used as a table.
Then, by putting other parameters into the equivalent circuit and causing circuit operation, transistor characteristics at a desired high frequency can be obtained. In this way, the characteristics of the high-frequency SOI transistor are calculated from the equivalent circuit.

[第3の実施の形態]
本実施の形態は、たとえば第1の実施の形態で示した高周波トランジスタモデルを第2の実施の形態で示した方法により作成した後に、レイアウトを変更する場合のモデルの再作成(更新)方法に関する。
[Third Embodiment]
The present embodiment relates to a model re-creation (update) method in the case of changing the layout after the high-frequency transistor model shown in the first embodiment is created by the method shown in the second embodiment, for example. .

図10は、レイアウト変更にともなうモデルの再作成(更新)方法の概略を示すフローチャートである。
ステップST11において、第1のレイアウトから、各パラメータを抽出する。このパラメータ抽出は、図9に示して説明した第2の実施の形態で用いた方法を好適に用いることができる。これにより、第1のレイアウトについての内在的トランジスタ部、外在的回路および寄生的回路の各パラメータの値が抽出または算出される。
FIG. 10 is a flowchart showing an outline of a method for re-creating (updating) a model accompanying a layout change.
In step ST11, each parameter is extracted from the first layout. For this parameter extraction, the method used in the second embodiment described with reference to FIG. 9 can be suitably used. As a result, the values of the parameters of the intrinsic transistor unit, the extrinsic circuit, and the parasitic circuit for the first layout are extracted or calculated.

ステップST12において、変更しようとする第2のレイアウトの高周波トランジスタにおいて、DCでのトランジスタ特性を測定し、そこから得られるパラメータを抽出する。
ステップST12において測定するDCでのトランジスタ特性としては、相互コンダクタンスgm、ドレインコンダクタンスgds(出力抵抗Rds)などがある。
In step ST12, in the high frequency transistor of the second layout to be changed, transistor characteristics at DC are measured, and parameters obtained therefrom are extracted.
Transistor characteristics at DC measured in step ST12 include mutual conductance gm, drain conductance gds (output resistance Rds), and the like.

ステップST13において、第2のレイアウトから各種抵抗や各種容量を見積もる。
第2のレイアウトから見積もることができるレイアウト成分としては、ゲート抵抗のレイアウト成分Rg_layout、ゲート・ソース容量のレイアウト成分Cgs_layout、ゲート・ドレイン容量のレイアウト成分Cgd_layout、ソース・基板容量のレイアウト成分Csb_layout、ドレイン・基板容量のレイアウト成分Cdb_layout、ゲート・基板容量のレイアウト成分Cgb_layout、基板抵抗Rsub1〜Rsub4のレイアウト成分Rsub1_layout〜Rsub4_layoutがある。
In step ST13, various resistances and various capacitances are estimated from the second layout.
The layout components that can be estimated from the second layout include the layout component Rg_layout of the gate resistance, the layout component Cgs_layout of the gate / source capacitance, the layout component Cgd_layout of the gate / drain capacitance, the layout component Csb_layout of the source / substrate capacitance, There are a layout component Cdb_layout of the substrate capacitance, a layout component Cgb_layout of the gate / substrate capacitance, and layout components Rsub1_layout to Rsub4_layout of the substrate resistances Rsub1 to Rsub4.

ここでゲート・ソース容量のレイアウト成分Cgs_layout、ゲート・ドレイン容量のレイアウト成分Cgd_layout、ソース・基板容量のレイアウト成分Csb_layout、ドレイン・基板容量のレイアウト成分Cdb_layout、ゲート・基板容量のレイアウト成分Cgb_layoutは、前述した第2の実施の形態では用いなかった新たなパラメータであるが、これらは第2の実施の形態に示す総合的な容量のレイアウト成分のみ抽出したものである。
つまり、ゲート・ソース容量のレイアウト成分Cgs_layoutは、第2の実施の形態で示す内在的ゲート・ソース容量Cgs_int、ゲートとソースのオーバーラップ容量Cgs_ovおよびゲート・ソース配線結合容量Cc_gsの和で示す総合的な容量からレイアウト成分のみを抽出して示すものであり、ソース配線の材料や寸法(厚さおよび幅)ならびに配線の引き回しが第1および第2のレイアウトで同じとする前提において、このゲート・ソース容量のレイアウト成分Cgs_layoutは、純粋にレイアウトから見積もることができる。
Here, the layout component Cgs_layout of the gate / source capacitance, the layout component Cgd_layout of the gate / drain capacitance, the layout component Csb_layout of the source / substrate capacitance, the layout component Cdb_layout of the drain / substrate capacitance, and the layout component Cgb_layout of the gate / substrate capacitance are described above. Although these are new parameters that are not used in the second embodiment, these are extracted only for the layout component of the overall capacity shown in the second embodiment.
That is, the layout component Cgs_layout of the gate-source capacitance is a total of the intrinsic gate-source capacitance Cgs_int, gate-source overlap capacitance Cgs_ov, and gate-source wiring coupling capacitance Cc_gs shown in the second embodiment. In this example, only the layout components are extracted from the capacitance, and the gate and source are assumed on the assumption that the source wiring material and dimensions (thickness and width) and the wiring routing are the same in the first and second layouts. The capacitance layout component Cgs_layout can be estimated purely from the layout.

他の新たなレイアウト成分についても同様である。
ゲート・ドレイン容量のレイアウト成分Cgd_layoutは、第2の実施の形態で示す内在的ゲート・ドレイン容量Cgd_intとゲート・ドレイン配線結合容量Cc_gdの和で示す総合的な容量からレイアウト成分のみを抽出して示すものである。
ソース端子Sとバックバイアス端子Bが接続されていない場合におけるソース・基板容量のレイアウト成分Csb_layoutは、第2の実施の形態で示すソース・基板接合容量Cj_sbと基板容量の一部との和で示す総合的な容量からレイアウト成分のみを抽出して示すものである。
ドレイン・基板容量のレイアウト成分Cdb_layoutは、第2の実施の形態で示す各種容量、すなわちドレイン・基板接合容量Cj_db、基板容量の一部、ドレイン配線・基板結合容量Cc_dbおよびドレイン結合基板容量Csub_dbの和で示す総合的な容量からレイアウト成分のみを抽出して示すものである。
さらに、ゲート・基板容量のレイアウト成分Cgb_layoutは、第2の実施の形態で示す内在的ゲート・基板容量Cgb_int、ゲート配線・基板結合容量Cc_gbおよびゲート結合基板容量Csub_gbの和で示す総合的な容量からレイアウト成分のみを抽出して示すものである。
The same applies to other new layout components.
The layout component Cgd_layout of the gate / drain capacitance is shown by extracting only the layout component from the total capacitance indicated by the sum of the intrinsic gate / drain capacitance Cgd_int and the gate / drain wiring coupling capacitance Cc_gd shown in the second embodiment. Is.
The source / substrate capacitance layout component Csb_layout when the source terminal S and the back bias terminal B are not connected is indicated by the sum of the source / substrate junction capacitance Cj_sb and a part of the substrate capacitance shown in the second embodiment. Only the layout components are extracted from the total capacity and shown.
The layout component Cdb_layout of the drain / substrate capacitance is the sum of various capacitances shown in the second embodiment, that is, the drain / substrate junction capacitance Cj_db, part of the substrate capacitance, drain wiring / substrate coupling capacitance Cc_db, and drain coupling substrate capacitance Csub_db. Only the layout components are extracted from the overall capacity shown in FIG.
Further, the layout component Cgb_layout of the gate / substrate capacitance is obtained from the total capacitance indicated by the sum of the intrinsic gate / substrate capacitance Cgb_int, the gate wiring / substrate coupling capacitance Cc_gb, and the gate coupling substrate capacitance Csub_gb shown in the second embodiment. Only the layout components are extracted and shown.

つぎに、このレイアウト成分の見積もりについて、マルチフィンガーゲートを有する高周波トランジスタを例として、具体的に説明する。
図11(A)は第1のレイアウトの平面図、図11(B)は第2のレイアウトの平面図、図11(C)はレイアウト変更にともなうパラメータ変化の倍率を示す図表である。これらの図において、ゲートフィンガー長を2倍にするレイアウト変更を示している。
Next, the estimation of the layout component will be specifically described by taking a high-frequency transistor having a multi-finger gate as an example.
FIG. 11A is a plan view of the first layout, FIG. 11B is a plan view of the second layout, and FIG. 11C is a chart showing the magnification of the parameter change accompanying the layout change. In these drawings, a layout change for doubling the gate finger length is shown.

最初に、マルチフィンガーゲート構造のトランジスタについて簡単に説明する。
本例のトランジスタは、P型の半導体基板(またはPウェル)にトランジスタの活性領域100と、基板コンタクト(バックバイアス供給)用のP型不純物領域(以下、基板コンタクト領域という)101とが形成されている。活性領域100および基板コンタクト領域101は、半導体基板の表面部分に所定パターンの素子分離絶縁層102を形成することにより、それらの幾何学的形状(パターン)が規定されている。
First, a transistor with a multi-finger gate structure will be briefly described.
In the transistor of this example, a transistor active region 100 and a P-type impurity region (hereinafter referred to as a substrate contact region) 101 for substrate contact (back bias supply) are formed in a P-type semiconductor substrate (or P-well). ing. The active region 100 and the substrate contact region 101 have their geometric shapes (patterns) defined by forming an element isolation insulating layer 102 having a predetermined pattern on the surface portion of the semiconductor substrate.

活性領域100を横切るフィンガー部F1,F2,…を有するゲート電極103(図中「G」で表記)が、たとえばポリシリコンから形成されている。各フィンガー部F1,F2,…は活性領域100に直交することから、活性領域100の幅が、ゲートフィンガー部の実効的なゲート長(トランジスタにおける、いわゆるゲート幅)Wfingerを規定する。この寸法Wfingerを、以下、「フィンガー長」という名称で統一する。本例の第1のレイアウトにおいてフィンガー長Wfingerが1μmであり、第2のレイアウトにおいてフィンガー長が2μmである。トランジスタの全実効ゲート幅はレイアウト変更の前後で同じとする必要があり、このことから第1のレイアウトにおいてフィンガー部の本数が100本とすると、第2のレイアウトにおいてフィンガー部の本数が50本と、半減されている。   A gate electrode 103 (denoted by “G” in the drawing) having finger portions F1, F2,... Crossing the active region 100 is formed of, for example, polysilicon. Since the finger portions F1, F2,... Are orthogonal to the active region 100, the width of the active region 100 defines an effective gate length (a so-called gate width in a transistor) Wfinger of the gate finger portion. Hereinafter, the dimension Wfinger is unified with the name “finger length”. In the first layout of this example, the finger length Wfinger is 1 μm, and in the second layout, the finger length is 2 μm. The total effective gate width of the transistors needs to be the same before and after the layout change. Therefore, if the number of finger portions is 100 in the first layout, the number of finger portions is 50 in the second layout. Halved.

ゲート電極103をマスクとしたイオン注入によりN型不純物が活性領域100に導入され、これによってN型のソース領域Sおよびドレイン領域Dが、活性領域100の長手方向に交互に形成されている。
ソース領域Sに対し第1メタルからなるソース配線104が接続され、ドレイン領域Dに対し第1メタルからなるドレイン配線105が接続されている。ソース配線104およびドレイン配線105は図において同じ向きに引き出されているが、交互に異なる向きに引き出してもよい。
N-type impurities are introduced into the active region 100 by ion implantation using the gate electrode 103 as a mask, whereby N-type source regions S and drain regions D are alternately formed in the longitudinal direction of the active region 100.
A source wiring 104 made of a first metal is connected to the source region S, and a drain wiring 105 made of a first metal is connected to the drain region D. Although the source wiring 104 and the drain wiring 105 are drawn out in the same direction in the drawing, they may be drawn out in different directions alternately.

一方、ゲート電極103に、これを上層メタルに接続するためのゲートコンタクト106が所定数設けられている。とくにソース配線104およびドレイン配線105を異なる向きに引き出す場合、このゲートコンタクト106を介してゲート電極103が第2メタルのゲート配線(不図示)に接続される。   On the other hand, the gate electrode 103 is provided with a predetermined number of gate contacts 106 for connecting it to the upper metal layer. In particular, when the source wiring 104 and the drain wiring 105 are drawn out in different directions, the gate electrode 103 is connected to a second metal gate wiring (not shown) through the gate contact 106.

図11(A)および図11(B)において、レイアウトから見積もることができるレイアウト成分として、ゲート抵抗のレイアウト成分Rg_layout、ゲート・ソース容量のレイアウト成分Cgs_layout、ゲート・ドレイン容量のレイアウト成分Cgd_layout、ソース・基板容量のレイアウト成分Csb_layout、ドレイン・基板容量のレイアウト成分Cdb_layout、ゲート・基板容量のレイアウト成分Cgb_layout、基板抵抗Rsub1〜Rsub4のレイアウト成分Rsub1_layout〜Rsub4_layout(図中、Rsuby_layout(y=1,2,3,4)により示す)がある。   In FIG. 11A and FIG. 11B, layout components that can be estimated from the layout include a gate resistance layout component Rg_layout, a gate / source capacitance layout component Cgs_layout, a gate / drain capacitance layout component Cgd_layout, Layout component Csb_layout of substrate capacitance, layout component Cdb_layout of drain / substrate capacitance, layout component Cgb_layout of gate / substrate capacitance, layout components Rsub1_layout to Rsub4_layout of substrate resistances Rsub1 to Rsub4 (in the figure, Rsuby_layout (y = 1,2,3, 4)).

これらのパラメータの意味は前述したので繰り返すことはしない。ここでは、フィンガー長Wfingerを2倍にしたことにより、これらのパラメータがどのように変化するかを検討する。
ゲート抵抗のレイアウト成分Rg_layoutについては、1フィンガー当り、フィンガー長が2倍になるとポリシリコン抵抗も2倍となることに加え、単位抵抗あたりのコンタクト数が減るので、それが(取り出し分)として加算される。全体ではフィンガー数が半減することから、1フィンガー当りの変化倍率をさらに2倍にする必要がある。したがって、ゲート抵抗のレイアウト成分Rg_layoutは、レイアウト変更後に、変更前の[4倍+(取り出し分)×2]となる。
The meaning of these parameters has been described above and will not be repeated. Here, it is examined how these parameters change by doubling the finger length Wfinger.
Regarding the layout component Rg_layout of the gate resistance, if the finger length is doubled per finger, the polysilicon resistance is doubled and the number of contacts per unit resistance is reduced. Is done. Since the number of fingers is halved as a whole, it is necessary to further double the rate of change per finger. Therefore, the layout component Rg_layout of the gate resistance is [4 times + (extraction amount) × 2] before the change after the layout change.

基板抵抗のレイアウト成分Rsuby_layoutについては、フィンガー長が2倍になると、ソース領域Sやドレイン領域Dから基板コンタクト領域101までの平均的な距離もおおよそ2倍となると考えられる。そのため、基板抵抗のレイアウト成分Rsuby_layoutは、レイアウト変更によって1フィンガー当り2倍、全体では4倍になる。   Regarding the layout component Rsuby_layout of the substrate resistance, it is considered that when the finger length is doubled, the average distance from the source region S or drain region D to the substrate contact region 101 is also roughly doubled. For this reason, the layout component Rsuby_layout of the substrate resistance is doubled per finger by the layout change, and is quadrupled as a whole.

このように抵抗はフィンガー数が半減すると倍増するが、これとは対照的に容量については、フィンガー数が半減すると容量も半減する。
具体的には、ゲート・ソース容量のレイアウト成分Cgs_layout、ゲート・ドレイン容量のレイアウト成分Cgd_layout、ソース・基板容量のレイアウト成分Csb_layout、ドレイン・基板容量のレイアウト成分Cdb_layoutは、レイアウト変更によって1フィンガー当り2倍、全体では1倍になる。一方、ゲート・基板容量のレイアウト成分Cgb_layoutは、レイアウト変更によって1フィンガー当りで1倍、全体では1/2倍となる。
以上に述べたパラメータの変化倍率を図11(C)の図表にまとめて示す。
As described above, the resistance doubles when the number of fingers is reduced by half, but in contrast, the capacity decreases by half when the number of fingers decreases by half.
Specifically, the layout component Cgs_layout of the gate / source capacitance, the layout component Cgd_layout of the gate / drain capacitance, the layout component Csb_layout of the source / substrate capacitance, and the layout component Cdb_layout of the drain / substrate capacitance are doubled per finger by changing the layout. , The total is 1 time. On the other hand, the layout component Cgb_layout of the gate / substrate capacitance becomes 1 time per finger and 1/2 times as a whole due to the layout change.
The parameter change magnifications described above are collectively shown in the chart of FIG.

図10に示すステップST13において、さらに、第1のレイアウトからレイアウト依存性がないか無視できるほど小さい成分、たとえばNQS成分や電磁界効果成分など、たとえば周波数依存性がレイアウト依存性より大きな成分を抽出する。このようなレイアウト依存性が(ほとんど)ないか、重視されない成分を、以下、「非レイアウト依存成分」という。
図12に、非レイアウト依存成分の具体的抽出方法を、ゲート抵抗Rgと基板抵抗Rsub1を例として示す。
ここでは、非レイアウト依存成分がレイアウトに全く依存しないことを前提とする。ただし、若干依存することが認められる場合は、求めた非レイアウト依存成分に経験的に求められる「1」前後の補正係数をかけることも可能である。
図12(A)に示すように、フィンガー長Wfingerを1μm(第1のレイアウト)から2.5μmおよび5μm(第2のレイアウト)に変化させたときに、ゲート抵抗のレイアウト成分Rg_layoutが1.09Ωから、それぞれ3.69Ωおよび11.99Ωに変化している。前述したステップST11で、第1のレイアウトについては全ゲート抵抗Rg_totalが既に求められており、その値を11.40Ωとすると、その非レイアウト依存成分、すなわちNQS成分Rg_NQSと電磁界効果成分Rg_emとの和が10.4Ωと算出できる。この値はレイアウトに依存しない一定値であることから、第2のレイアウトにも適用できる。そこで、フィンガー長Wfingerが2.5μmのときの全ゲート抵抗Rg_totalが14.09Ω、フィンガー長Wfingerが5μmのときの全ゲート抵抗Rg_totalが22.39Ωと、それぞれ算出される。
In step ST13 shown in FIG. 10, a component having a layout dependency smaller than the layout dependency, such as an NQS component or an electromagnetic field effect component, is extracted from the first layout. To do. A component that does not have (almost) such layout dependency or is not important is hereinafter referred to as a “non-layout dependent component”.
FIG. 12 shows a specific method for extracting non-layout-dependent components using the gate resistance Rg and the substrate resistance Rsub1 as an example.
Here, it is assumed that the non-layout dependent component does not depend on the layout at all. However, when it is recognized that it is slightly dependent, it is possible to apply a correction coefficient of around “1” obtained empirically to the obtained non-layout dependent component.
As shown in FIG. 12A, when the finger length Wfinger is changed from 1 μm (first layout) to 2.5 μm and 5 μm (second layout), the layout component Rg_layout of the gate resistance is 1.09Ω. To 3.69Ω and 11.99Ω, respectively. In step ST11 described above, the total gate resistance Rg_total has already been obtained for the first layout. If the value is 11.40Ω, the non-layout dependent component, that is, the NQS component Rg_NQS and the electromagnetic field effect component Rg_em The sum can be calculated as 10.4Ω. Since this value is a constant value independent of the layout, it can also be applied to the second layout. Therefore, the total gate resistance Rg_total when the finger length Wfinger is 2.5 μm is calculated as 14.09Ω, and the total gate resistance Rg_total when the finger length Wfinger is 5 μm is calculated as 22.39Ω.

また、図12(B)に示すように、フィンガー長Wfingerを1μm(第1のレイアウト)から2.5μmおよび5μm(第2のレイアウト)に変化させたときに、基板抵抗のレイアウト成分Rsub1_layoutが4.10Ωから、それぞれ25.63Ωおよび102.50Ωに変化している。前述したステップST11において、第1のレイアウトについては全基板抵抗Rsub1_totalが既に求められており、その値を100.00Ωとすると、その非レイアウト依存成分、すなわちNQS成分Rsub1_NQSが95.9Ωと算出できる。この値はレイアウトに依存しない一定値であることから、第2のレイアウトにも適用できる。そこで、フィンガー長Wfingerが2.5μmのときの全基板抵抗Rsub1_totalが121.53Ω、フィンガー長Wfingerが5μmのときの全基板抵抗Rsub1_totalが198.40Ωと、それぞれ算出される。   As shown in FIG. 12B, when the finger length Wfinger is changed from 1 μm (first layout) to 2.5 μm and 5 μm (second layout), the layout component Rsub1_layout of the substrate resistance is 4 .10Ω to 25.63Ω and 102.50Ω respectively. In step ST11 described above, the total substrate resistance Rsub1_total has already been obtained for the first layout. If the value is 100.00Ω, the non-layout dependent component, that is, the NQS component Rsub1_NQS can be calculated as 95.9Ω. Since this value is a constant value independent of the layout, it can also be applied to the second layout. Therefore, the total substrate resistance Rsub1_total when the finger length Wfinger is 2.5 μm is calculated as 121.53Ω, and the total substrate resistance Rsub1_total when the finger length Wfinger is 5 μm is calculated as 198.40Ω.

図10に示すステップST14において、上述の方法により抽出したパラメータを設定し、さらに、その内訳や残りのパラメータを決定する。
具体的には、内在的ゲート・基板容量Cgb_int、内在的ゲート・ドレイン容量Cgd_intおよび内在的ゲート・ソース容量Cgs_intは、コンパクトモデルの場合に、たとえばBSIM3ver.3のコマンド値(op値)を用いる。また、ここではゲートフィンガー部のレイアウトパターンを変更し、それ以外の配線のレイアウト変更は行わないとの前提の下、パッドインダクタンスを含むドレイン配線のインダクタンス成分Ld_layoutおよびゲート配線のインダクタンス成分Lg_layoutを一定値、たとえば34pHにし、ソース配線のインダクタンス成分Ls_layoutを一定値、たとえば0.003pHに設定する。
その他、レイアウト変更により値が変化すると想定されるパラメータ値を、計算または、必要ならデバイスシミュレータにより抽出し直す。たとえば、Id−Vd特性における傾きはアナログ回路には非常に重要であるが、この値はフィンガー長Wfingerを変えたことにより変更すべきであることから、この傾きに関与するパラメータをフィンガー長に応じて変更する。
In step ST14 shown in FIG. 10, the parameters extracted by the above-described method are set, and the breakdown and remaining parameters are determined.
Specifically, the intrinsic gate / substrate capacitance Cgb_int, the intrinsic gate / drain capacitance Cgd_int, and the intrinsic gate / source capacitance Cgs_int are set in the compact model, for example, BSIM3ver. A command value (op value) of 3 is used. Further, here, on the assumption that the layout pattern of the gate finger portion is changed and the layout of the other wiring is not changed, the inductance component Ld_layout of the drain wiring including the pad inductance and the inductance component Lg_layout of the gate wiring are constant values. For example, the pH is set to 34 pH, and the inductance component Ls_layout of the source wiring is set to a constant value, for example, 0.003 pH.
In addition, parameter values that are assumed to change due to a layout change are calculated or extracted again by a device simulator if necessary. For example, the slope in the Id-Vd characteristic is very important for analog circuits, but since this value should be changed by changing the finger length Wfinger, the parameter related to this slope depends on the finger length. To change.

全ての必要なパラメータを設定すると、つぎのステップST15において、設定したパラメータ値が適切か否かを、それらの値を用いた回路動作(デバイスシミュレーション)を行い、あるいは、高周波特性(Sパラメータ、電流利得遮断周波数ftおよび最大動作周波数fmax)を測定することにより検証する。これにより、高周波特性の予測が可能となる。   When all necessary parameters are set, in the next step ST15, whether or not the set parameter values are appropriate is determined by performing circuit operation (device simulation) using those values, or by using high frequency characteristics (S parameters, currents). Verification is made by measuring the gain cutoff frequency ft and the maximum operating frequency fmax). Thereby, the high frequency characteristic can be predicted.

図13(A)〜図13(D)は、上記方法で計算されたSパラメータと実測データの比較を示すスミスチャートである。これらの図において、実デバイスのSパラメータの測定値(実測値)と、本実施の形態のトランジスタモデルでパラメータ設定後のシミュレーション結果(「Sim.」)とを示す。マルチフィンガーゲートを有する高周波トランジスタは、その各ゲートフィンガー部のフィンガー長Wfingerが2.5μm、フィンガー数が40本、各ゲートフィンガー部の幅(ゲート長)Lgが0.07μm、ゲート・ドレイン容量(実測値)が0.025pFである。また、測定周波数を100MHzから50GHzに変化させている。
図より両者がよく一致していることがわかり、上記の方法が妥当であることが理解される。上記の方法をとることにより、フィンガー長Wfingerに関するスケーラブルな高周波トランジスタモデルが構築されることが確認できる。
FIGS. 13A to 13D are Smith charts showing a comparison between the S parameter calculated by the above method and measured data. In these figures, the measured value (actual value) of the S parameter of the actual device and the simulation result (“Sim.”) After setting the parameter in the transistor model of the present embodiment are shown. A high-frequency transistor having a multi-finger gate has a finger length Wfinger of each gate finger portion of 2.5 μm, a number of fingers of 40, a width (gate length) Lg of each gate finger portion of 0.07 μm, and a gate-drain capacitance ( Actual measurement value) is 0.025 pF. Further, the measurement frequency is changed from 100 MHz to 50 GHz.
From the figure, it can be seen that both agree well, and it is understood that the above method is appropriate. It can be confirmed that a scalable high-frequency transistor model related to the finger length Wfinger is constructed by taking the above method.

本実施の形態によれば、レイアウト依存成分が明確であることから、あるレイアウトの高周波トランジスタモデルを一度作成しておけば、つぎにレイアウト変更する際に、高周波トランジスタモデルのどのパラメータをどの程度変更すればよいかが明らかである。そのため、レイアウト変更に伴うモデル再作成(変更)の手間が最小限となり、人的および時間的コスト削減ならびにハードウエア資源の有効利用が図れるという利益が得られる。   According to the present embodiment, since the layout-dependent component is clear, once a high-frequency transistor model of a certain layout is created, when the layout is changed next, which parameter of the high-frequency transistor model is changed to what extent. It is clear what to do. As a result, the effort of model re-creation (change) associated with the layout change is minimized, and there are benefits that human and time costs can be reduced and hardware resources can be effectively used.

[第4の実施の形態]
本実施の形態は、高周波トランジスタのパラメータを最適化する手法に関する。
この最適化手法において、高周波特性の維持・改善に寄与するパラメータを特定する感度分析を行い、その結果から、最適化すべきパラメータを特定する。
[Fourth Embodiment]
The present embodiment relates to a technique for optimizing the parameters of a high-frequency transistor.
In this optimization method, sensitivity analysis is performed to identify parameters that contribute to maintaining and improving high-frequency characteristics, and parameters to be optimized are identified from the results.

図14は、感度分析結果をまとめた図表である。
ここでは図14に示す23個のパラメータについて感度分析を行った。今までに説明していないパラメータとしては、主にゲートフィンガー部以外のゲート電極部分からなるゲート取り出し部の基板との容量Cgb_layoutと、この容量に直列接続される基板内抵抗Rsub_gb_layoutとがある。ここでは、容量Cgb_layoutは容量シミュレータ「SENECA」を用いて計算し、基板内抵抗Rsub_gb_layoutは基板シミュレータ「substrate storm」を用いて計算している。他のパラメータについては既に説明したので、ここで説明を繰り返すことはしない。
FIG. 14 is a table summarizing the sensitivity analysis results.
Here, sensitivity analysis was performed on 23 parameters shown in FIG. The parameters that have not been described so far include the capacitance Cgb_layout with the substrate of the gate extraction portion mainly composed of the gate electrode portion other than the gate finger portion, and the in-substrate resistance Rsub_gb_layout connected in series with this capacitance. Here, the capacitance Cgb_layout is calculated using a capacitance simulator “SENECA”, and the in-substrate resistance Rsub_gb_layout is calculated using a substrate simulator “substrate storm”. Since the other parameters have already been described, the description will not be repeated here.

これら23個のパラメータについて、フィンガー長Wfingerが1.0μm、2.5μmおよび5.0μmの3パターンで求めた。また、感度分析において、電流利得遮断周波数ftおよび最大動作周波数fmaxのそれぞれについて、フィンガー長Wfingerが1.0μmと5.0μmのときで、どの程度周波数差が生じるかの指標として、当該周波数差をセンター値で規格化したものを用いた。
その結果、レイアウト変更によって電流利得遮断周波数ftに与える影響が大きいパラメータは、その影響が大きい順に、ゲート取り出し部の基板との容量Cgb_layout、内在的ゲート・ドレイン容量Cgd_int、ゲート配線・基板結合容量Cc_gbであることがわかった。また、最大動作周波数fmaxに与える影響が大きいパラメータは、その影響が大きい順に、全ゲート抵抗Rg_total、内在的ゲート・ドレイン容量Cgd_int、基板抵抗Rsub1であることがわかった。
なお、パラメータの感度分析を行う高周波特性としては、上記以外に、Sパラメータであってもよい。
For these 23 parameters, the finger length Wfinger was determined in three patterns of 1.0 μm, 2.5 μm and 5.0 μm. In the sensitivity analysis, for each of the current gain cutoff frequency ft and the maximum operating frequency fmax, the frequency difference is used as an index of how much frequency difference occurs when the finger length Wfinger is 1.0 μm and 5.0 μm. What was standardized by the center value was used.
As a result, the parameters that have a large effect on the current gain cutoff frequency ft due to the layout change are the capacitance Cgb_layout with the substrate of the gate extraction portion, the intrinsic gate / drain capacitance Cgd_int, and the gate wiring / substrate coupling capacitance Cc_gb in descending order of the influence. I found out that It was also found that the parameters having a large influence on the maximum operating frequency fmax are the total gate resistance Rg_total, the intrinsic gate / drain capacitance Cgd_int, and the substrate resistance Rsub1 in the order of the large influence.
In addition to the above, the S-parameter may be used as the high-frequency characteristic for performing the parameter sensitivity analysis.

本実施の形態によれば、高周波特性に対するパラメータの感度分析結果から高周波特性、たとえば電流利得遮断周波数ft、最大動作周波数fmaxに影響を与える主要なパラメータに基づいて、レイアウトをどのように改善すればよいかが容易にわかる。その結果、レイアウト改善点が予め予想でき、レイアウト変更に伴う手間が最小限となり、人的および時間的コスト削減ならびにハードウエア資源の有効利用が図れるという利益が得られる。   According to the present embodiment, how to improve the layout based on the sensitivity analysis result of the parameters with respect to the high frequency characteristics, based on the main parameters that affect the high frequency characteristics, such as the current gain cutoff frequency ft and the maximum operating frequency fmax. You can easily see if it is good. As a result, layout improvement points can be predicted in advance, and the labor involved in the layout change can be minimized, so that human and time costs can be reduced and hardware resources can be effectively used.

以上の第1〜第4の実施の形態において、パラメータの一部に周波数依存性を持たせることを言及した。これに加え、幾つかの主要なパラメータにバイアス依存性を持たせることができる。以下、その方法について述べる。   In the above first to fourth embodiments, it has been mentioned that some parameters have frequency dependency. In addition, some key parameters can be biased. The method will be described below.

一般に、既存のコンパクトモデルにおいて、その容量成分(容量パラメータ)が適切でないことから、あらゆるバイアス(バイアス電圧またはバイアス電流)で動作させた場合に誤差を生じる。ここでは、その誤差成分をバイアスごとに求める。
具体的には、上記の実施の形態において抽出したパラメータが設定された高周波トランジスタモデルを、たとえばデバイスシミュレータ等で、あるバイアスにて動作させ、そのとき得られたパラメータ値とコンパクトモデルのパラメータ値とを比較し、その差分を求める。この作業を、全ての、あるいは必要なパラメータごとに、全てのバイアス(より現実的には、離散的な代表点)で実行する。この差分または正しいパラメータ値をバイアスごとに、たとえばテーブルとして記憶しておく。実際の高周波トランジスタモデルをシミュレータなどで動作させる際に、要求される動作時のバイアスに応じて、そのバイアスに対応した各パラメータ値の差分または正しいパラメータ値を読み出し、それによって各パラメータの値を自動で補正する。なお、差分を用いる場合は、コンパクトモデルの既存のパラメータ値に、この差分を付加することになる。一方、正しいパラメータ値を用いる場合は、コンパクトモデルの既存のパラメータ値をゼロとして、正しいパラメータ値で事実上、置き換えることになる。
In general, in the existing compact model, since the capacitance component (capacitance parameter) is not appropriate, an error occurs when operated with any bias (bias voltage or bias current). Here, the error component is obtained for each bias.
Specifically, the high-frequency transistor model in which the parameters extracted in the above embodiment are set is operated with a certain bias using, for example, a device simulator, and the parameter value obtained at that time and the parameter value of the compact model are And find the difference. This operation is performed with all biases (more practically, discrete representative points) for all or necessary parameters. The difference or the correct parameter value is stored for each bias, for example, as a table. When operating an actual high-frequency transistor model with a simulator, etc., depending on the required bias during operation, the difference between the parameter values corresponding to the bias or the correct parameter value is read, and the value of each parameter is automatically Correct with. In addition, when using a difference, this difference is added to the existing parameter value of a compact model. On the other hand, when the correct parameter value is used, the existing parameter value of the compact model is set to zero and is effectively replaced with the correct parameter value.

このようなバイアス依存性を持たせないと誤差要因となるパラメータの代表的なものとして、内在的ゲート・ドレイン容量Cgd_intおよび内在的ゲート・ソース容量Cgs_intを挙げることができる。また、必要なら他のパラメータにもバイアス依存性を持たせることが可能である。   Typical parameters that cause an error if such bias dependence is not given include the intrinsic gate / drain capacitance Cgd_int and the intrinsic gate / source capacitance Cgs_int. If necessary, other parameters can be biased.

このようにして、必要なパラメータにバイアス依存性を持たせることにより、あらゆるバイアスで動くいわゆるコンパクトモデル(BSIM3ver.3、MOS model9,EKV)を用いたシミュレータに組み込む高周波トランジスタモデルを、より適切に動作させ、精度が高いシミュレーションが可能となる。ここで、当該高周波トランジスタモデルを利用したものであれば、シミュレータの種類、コンパクトモデルの種類は任意であり、本質的でない。   In this way, by making the necessary parameters bias dependent, the high-frequency transistor model incorporated in the simulator using the so-called compact model (BSIM3 ver. 3, MOS model 9, EKV) that operates with any bias can be operated more appropriately. Simulation with high accuracy. Here, as long as the high-frequency transistor model is used, the type of simulator and the type of compact model are arbitrary and not essential.

また、前述した第1〜第4の実施の形態において消費電力については言及しなかったが、とくに基板結合容量と基板抵抗とで構成するCR直列回路において、消費電力のピーク点から、より消費電力が低い領域で動作するように、これらのパラメータを設定することが望ましい。
より詳細には、図1に示すゲート配線・基板結合容量Cc_gbとゲート結合基板抵抗Rsub_gbとによりCR直列回路が構成され、また、ドレイン配線・基板結合容量Cc_dbとゲート結合基板抵抗Rsub_dbとによりCR直列回路が構成されている。これらのCR直列回路において消費電力がピークを持ち、そのピーク時の基板抵抗は1/(2πC)により計算できる。ここで「C」はゲート配線・基板結合容量Cc_gbまたはドレイン配線・基板結合容量Cc_dbの値である。本実施の形態において基板における消費電力を抑制するには、消費電力がピーク点より低くなるようにすることが望ましい。また、配線構造や基板抵抗などの制約があるが、この制約の範囲内で上記ピーク点よりできるだけ離れた基板抵抗となるように、あるいは、十分に消費電力が低減されるように、ゲート配線・基板結合容量Cc_gbまたはドレイン配線・基板結合容量Cc_dbの値を設定することが望ましい。
Further, although power consumption is not mentioned in the first to fourth embodiments described above, particularly in a CR series circuit composed of a substrate coupling capacitance and a substrate resistance, the power consumption is further increased from the peak point of power consumption. It is desirable to set these parameters to operate in a low region.
More specifically, a CR series circuit is constituted by the gate wiring / substrate coupling capacitance Cc_gb and the gate coupling substrate resistance Rsub_gb shown in FIG. 1, and a CR series is constituted by the drain wiring / substrate coupling capacitance Cc_db and the gate coupling substrate resistance Rsub_db. A circuit is configured. In these CR series circuits, the power consumption has a peak, and the substrate resistance at the peak can be calculated by 1 / (2πC). Here, “C” is the value of the gate wiring / substrate coupling capacitance Cc_gb or the drain wiring / substrate coupling capacitance Cc_db. In order to suppress power consumption in the substrate in this embodiment mode, it is desirable that power consumption be lower than the peak point. In addition, there are restrictions on the wiring structure and substrate resistance, etc., but within this restriction range, the gate wiring and wiring can be reduced so that the substrate resistance is as far as possible from the peak point, or the power consumption is sufficiently reduced. It is desirable to set the value of the substrate coupling capacitance Cc_gb or the drain wiring / substrate coupling capacitance Cc_db.

本実施の形態において、前述したようにシミュレーションの精度が上がる利益に加え、特性の予測が容易に達成できる。つまり、従来は、トランジスタモデルのパラメータが特性に及ぼす影響を知ることができなかったことから、一度試作(実際のデバイス作製)を行い、その特性を測定し、測定結果を所望の特性にフィティングさせることにより正しいパラメータを求めていた。これに対し、本実施の形態において、このパラメータの最適化を行うと各パラメータの高周波特性に及ぼす影響をある程度知ることができ、そのため従来のように試作を行うことなく、高周波回路のトランジスタユニットの特性が予測できるという利益が得られる。また、求める特性を最適化するための原因が明確になり、レイアウトの最適化も容易になる。   In the present embodiment, prediction of characteristics can be easily achieved in addition to the benefit of increasing the accuracy of simulation as described above. In other words, since it was not possible to know the effects of transistor model parameters on the characteristics in the past, we made a prototype (actual device fabrication), measured the characteristics, and fitted the measurement results to the desired characteristics. To find the correct parameters. On the other hand, in this embodiment, if this parameter is optimized, the influence of each parameter on the high-frequency characteristics can be known to some extent. The benefit is that the characteristics can be predicted. In addition, the cause for optimizing the required characteristics is clarified, and the layout can be easily optimized.

本発明は、高周波回路のシミュレーション、高周波トランジスタユニットのデバイスシミュレーションなどのソフトウエアに組み込んで使用され、トランジスタユニットをコンピュータ上で表現するための高周波トランジスタモデルの用途に適用できる。   The present invention is used by being incorporated in software such as simulation of a high-frequency circuit and device simulation of a high-frequency transistor unit, and can be applied to the use of a high-frequency transistor model for expressing a transistor unit on a computer.

本発明の実施の形態に係る高周波トランジスタモデルの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the high frequency transistor model according to the embodiment of the present invention. 高周波におけるゲート電極とチャネルの結合とチャネル抵抗を分布定数として示すNQS効果の説明図である。It is explanatory drawing of the NQS effect which shows the coupling | bonding and channel resistance of the gate electrode and channel in a high frequency as a distribution constant. 内在的トランジスタ部を等価回路モデルとした場合の概略的な構成を示す等価回路図である。FIG. 5 is an equivalent circuit diagram showing a schematic configuration when an intrinsic transistor portion is an equivalent circuit model. (A)〜(D)は、第1の実施の形態に係る高周波トランジスタモデルを用いたシミュレーション結果を実測値と比較して示すSパラメータのグラフである。(A)-(D) are the graphs of the S parameter which show the simulation result using the high frequency transistor model which concerns on 1st Embodiment in comparison with an actual value. 実際のSパラメータから抽出されるゲート抵抗値の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the gate resistance value extracted from an actual S parameter. 従来のフィッティングによる特性調整で出力抵抗の高周波での増加の影響を抑制するために必要なパラメータを抽出して示す回路図である。It is a circuit diagram which extracts and shows a parameter required in order to suppress the influence of the increase in the output resistance in the high frequency by the characteristic adjustment by the conventional fitting. 図6に示す回路における出力反射係数の軌跡を示すスミスチャートである。It is a Smith chart which shows the locus | trajectory of the output reflection coefficient in the circuit shown in FIG. レイアウトから計算により求めた基板抵抗値(測定値)とSパラメータのフィッティング後に抽出した基板抵抗値とを比較して示す図表である。It is a table | surface which compares and shows the board | substrate resistance value (measured value) calculated | required by calculation from the layout, and the board | substrate resistance value extracted after fitting of S parameter. 第2の実施の形態に係る高周波トランジスタモデルの作成方法で、パラメータ値を決定するための主なステップを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the main steps for determining a parameter value with the preparation method of the high frequency transistor model concerning a 2nd embodiment. 第3の実施の形態に係る高周波トランジスタモデルの作成方法で、レイアウト変更にともなうモデルの再作成(更新)方法の概略を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline of the re-creation (update) method of the model accompanying the layout change in the high-frequency transistor model creation method according to the third embodiment. (A)は第1のレイアウトの平面図、(B)は第2のレイアウトの平面図、(C)はレイアウト変更にともなうパラメータ変化の倍率を示す図表である。(A) is a plan view of the first layout, (B) is a plan view of the second layout, and (C) is a chart showing the magnification of the parameter change accompanying the layout change. 非レイアウト依存成分の具体的な値を、ゲート抵抗と基板抵抗を例として示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific value of a non-layout dependence component by making a gate resistance and a substrate resistance into an example. (A)〜(D)は、第3の実施の形態に係る方法で計算されたSパラメータと実測データの比較を示すスミスチャートである。(A)-(D) are Smith charts which compare the S parameter calculated by the method which concerns on 3rd Embodiment, and measured data. 第4の実施の形態に係る高周波トランジスタモデルの作成方法で、感度分析結果をまとめた図表である。It is the table | surface which put together the sensitivity analysis result by the preparation method of the high frequency transistor model which concerns on 4th Embodiment. 非特許文献1に記載されている高周波トランジスタの断面図である。It is sectional drawing of the high frequency transistor described in the nonpatent literature 1. 図15に示す高周波トランジスタの動作を再現する外在的回路を含んだ等価回路モデルを示す等価回路図である。FIG. 16 is an equivalent circuit diagram showing an equivalent circuit model including an external circuit that reproduces the operation of the high-frequency transistor shown in FIG. 15.

符号の説明Explanation of symbols

Csub_db…ドレイン結合基板容量、Csub_gb…ゲート結合基板容量、Cc_db…ドレイン配線・基板結合容量、Cc_gb…ゲート配線・基板結合容量、Cc_gd…ゲート・ドレイン配線結合容量、Cc_gs…ゲート・ソース配線結合容量、Cgb_int…内在的ゲート・基板容量、Cgd_int…内在的ゲート・ドレイン容量、Cgs_int…内在的ゲート・ソース容量、Cgd_ov…ゲートとドレインのオーバーラップ結合容量、Cgs_ov…ゲートとソースのオーバーラップ結合容量、Cj_db…ドレイン・基板接合容量、Cj_sb…ソース・基板接合容量、D0…外部ドレイン端子、G0…外部ゲート端子、Ld_layout…ドレイン配線のインダクタンス成分、Lg_layout…ゲート配線のインダクタンス成分、Ls_layout…ソース配線のインダクタンス成分、Mi…内在的トランジスタ部、Rsub1…ドレイン基板抵抗、Rsub2,Rsub3…ソース・ドレイン基板抵抗、Rsub4…ソース基板抵抗、Rsub1y_layout(y=1,2,3,4)…基板抵抗のレイアウト成分、Rsuby_NQS(y=1,2,3,4)…基板抵抗のNQS成分、Rsub_db…ドレイン結合基板抵抗、Rsub_gb…ゲート結合基板抵抗、Rch…チャネル抵抗、Rd…ドレイン抵抗、Rd_layout…ドレイン配線抵抗のレイアウト成分、Rds…出力抵抗、Rg_NQS…NQSゲート抵抗、Rg_em…ゲート抵抗の電磁界効果成分、Rg_layout…ゲート抵抗のレイアウト成分、Rg_total…全ゲート抵抗、Rg0…ゲート抵抗、Rs…ソース抵抗、Rs_layout…ソース配線抵抗のレイアウト成分、S0…外部ソース端子、bi…内在的バックバイアスノード、di…内在的ドレインノード、gds…ドレインコンダクタンス、gi…内在的ゲートノード、gm…相互コンダクタンス、si…内在的ソースノード   Csub_db: drain coupling substrate capacitance, Csub_gb ... gate coupling substrate capacitance, Cc_db ... drain wiring / substrate coupling capacitance, Cc_gb ... gate wiring / substrate coupling capacitance, Cc_gd ... gate / drain wiring coupling capacitance, Cc_gs ... gate / source wiring coupling capacitance, Cgb_int: intrinsic gate-substrate capacitance, Cgd_int: intrinsic gate-drain capacitance, Cgs_int: intrinsic gate-source capacitance, Cgd_ov: gate-drain overlap coupling capacitance, Cgs_ov: gate-source overlap coupling capacitance, Cj_db ... drain-substrate junction capacitance, Cj_sb ... source-substrate junction capacitance, D0 ... external drain terminal, G0 ... external gate terminal, Ld_layout ... drain wiring inductance component, Lg_layout ... gate wiring inductance component, Ls_layout ... source wiring inductance component , Mi ... intrinsic transistor part, Rsub1 ... Drain substrate resistance, Rsub2, Rsub3 ... Source / drain substrate resistance, Rsub4 ... Source substrate resistance, Rsub1y_layout (y = 1,2,3,4) ... Layout component of substrate resistance, Rsuby_NQS (y = 1,2,3 4) ... NQS component of substrate resistance, Rsub_db ... drain coupling substrate resistance, Rsub_gb ... gate coupling substrate resistance, Rch ... channel resistance, Rd ... drain resistance, Rd_layout ... layout component of drain wiring resistance, Rds ... output resistance, Rg_NQS ... NQS gate resistance, Rg_em: electromagnetic field effect component of gate resistance, Rg_layout: layout component of gate resistance, Rg_total: total gate resistance, Rg0: gate resistance, Rs: source resistance, Rs_layout: layout component of source wiring resistance, S0: external Source terminal, bi... Intrinsic back bias node, di... Intrinsic drain node, gds... Drain conductance, gi. Tonodo, gm ... transconductance, si ... intrinsic source node

Claims (2)

内在的トランジスタ部と、この内在的トランジスタ部に接続されてレイアウトに応じて変化する電極、コンタクトおよび配線とを含むトランジスタユニットについて、変更可能なパラメータを含む回路データであるトランジスタモデルを作成する際に、前記内在的トランジスタ部のデバイスモデルに含まれる回路パラメータを、当該デバイスモデルを利用したデバイスシミュレーション装置によるデバイスシミュレーションと、直流測定装置による直流測定とから求めることで、前記内在的トランジスタ部の内在的パラメータを決定する第1ステップと、
前記内在的トランジスタ部のチャネル内走行キャリアの時間遅れを示す非準静的パラメータと、表皮効果に依存する抵抗成分とを、それぞれ、デバイスシミュレーション装置を用いたデバイスシミュレーションにより求める第2ステップと
前記内在的トランジスタ部から、前記トランジスタユニットのソース外部端子、ドレイン外部端子、ゲート外部端子までの電極、または、当該電極にコンタクトを介して接続される配線の寄生的パラメータについて、レイアウトに依存して変化する抵抗値およびインダクタンス値を、デバイスシミュレーション装置によるデバイスシミュレーションから求め、このときゲート抵抗に関しては前記非準静的パラメータと表皮効果に依存する前記抵抗成分との合成抵抗を用いる第3ステップと、
レイアウトに依存しない容量値を、デバイスシミュレーション装置を用いたデバイスシミュレーションにより求める第4ステップと、
を含む、
前記内在的回路の内在的パラメータと、前記非準静的パラメータおよび前記表皮効果に依存する抵抗成分を含む外在的パラメータと、レイアウトに依存した抵抗およびインダクタの寄生的パラメータとを有する、
高周波トランジスタモデルの作成方法。
When creating a transistor model, which is circuit data including changeable parameters, for a transistor unit including an intrinsic transistor part and electrodes, contacts, and wirings connected to the intrinsic transistor part and changing according to the layout. The circuit parameters included in the device model of the intrinsic transistor unit are obtained from a device simulation by a device simulation apparatus using the device model and a DC measurement by a DC measurement apparatus, thereby obtaining an intrinsic parameter of the intrinsic transistor unit. A first step of determining parameters;
A second step of obtaining a non-quasi-static parameter indicating a time delay of a carrier traveling in the channel of the intrinsic transistor part and a resistance component depending on a skin effect by a device simulation using a device simulation device ,
Depending on the layout, the parasitic parameters of the electrodes from the intrinsic transistor part to the source external terminal, the drain external terminal, and the gate external terminal of the transistor unit, or the wiring connected to the electrodes via contacts A changing resistance value and an inductance value are obtained from device simulation by a device simulation apparatus, and at this time, with respect to gate resistance, a third step using a combined resistance of the non-quasi-static parameter and the resistance component depending on the skin effect;
A fourth step of obtaining a capacitance value independent of layout by device simulation using a device simulation apparatus;
including,
An intrinsic parameter of the intrinsic circuit, an extrinsic parameter including a resistance component dependent on the non-quasi-static parameter and the skin effect, and a layout dependent resistance and parasitic parameter of the inductor,
How to create a high-frequency transistor model.
前記非準静的パラメータと前記表皮効果に依存する抵抗成分の少なくとも一方に、動作周波数が高くなるにつれて無視できない割合で変化する周波数依存成分を含む場合、前記第3ステップのデバイスシミュレーションにおいて、デバイスシミュレーション装置が、前記非準静的パラメータと前記表皮効果に依存する抵抗成分の少なくとも一方を、周波数依存性を表す関数として与える
請求項に記載の高周波トランジスタモデルの作成方法。
When at least one of the non-quasi-static parameter and the resistance component depending on the skin effect includes a frequency-dependent component that changes at a non-negligible rate as the operating frequency increases, in the device simulation of the third step , device simulation device, wherein at least one of the non-quasi-static parameters and the resistance component dependent on the skin effect, the method of creating a high-frequency transistor model according to claim 1 that gives a function representing the frequency dependent.
JP2004304211A 2004-10-19 2004-10-19 How to create a high-frequency transistor model Expired - Fee Related JP4428190B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004304211A JP4428190B2 (en) 2004-10-19 2004-10-19 How to create a high-frequency transistor model

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004304211A JP4428190B2 (en) 2004-10-19 2004-10-19 How to create a high-frequency transistor model

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006119716A JP2006119716A (en) 2006-05-11
JP4428190B2 true JP4428190B2 (en) 2010-03-10

Family

ID=36537573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004304211A Expired - Fee Related JP4428190B2 (en) 2004-10-19 2004-10-19 How to create a high-frequency transistor model

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4428190B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007334775A (en) * 2006-06-16 2007-12-27 Fujitsu Ltd Circuit analyzer, circuit analysis method, and circuit analysis program
JP5053965B2 (en) * 2008-09-16 2012-10-24 日本電信電話株式会社 Circuit characteristic analysis method, apparatus, and program
JP5471568B2 (en) 2010-02-17 2014-04-16 富士通セミコンダクター株式会社 Verification program, verification method, and verification apparatus
CN106202835A (en) * 2016-08-16 2016-12-07 南京展芯通讯科技有限公司 Comprise the field-effect transistor small signal equivalent circuit model of the senior parasitic antenna of raceway groove

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006119716A (en) 2006-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4867157B2 (en) High frequency transistor design method and high frequency transistor having multi-finger gate
Pekarik et al. RFCMOS technology from 0.25/spl mu/m to 65nm: the state of the art
Deng et al. A layout-based optimal neutralization technique for mm-wave differential amplifiers
Gogineni et al. Effect of substrate contact shape and placement on RF characteristics of 45 nm low power CMOS devices
Bughio et al. Physics-based modeling of FinFET RF variability
JP4428190B2 (en) How to create a high-frequency transistor model
Guo et al. A new lossy substrate de-embedding method for sub-100 nm RF CMOS noise extraction and modeling
Nouri et al. Effects of pad layout variations on the cut-off frequency of millimeter-wave transistors
Cheng et al. RF modeling issues of deep-submicron MOSFETs for circuit design
Cheng et al. Frequency-dependent resistive and capacitive components in RF MOSFETs
Ramos-Silva et al. Small-signal parameters extraction and noise analysis of CNTFETs
Maget et al. A physical model of a CMOS varactor with high capacitance tuning range and its application to simulate a voltage controlled oscillator
Je et al. MOSFET modeling and parameter extraction for RF IC's
Saijets MOSFET RF characterization using bulk and SOI CMOS technologies
Sommet et al. High frequency GaN HEMT Modeling with ASM-HEMT
CN109841613B (en) Generating a model of a dynamically depleted transistor using a system with analog circuitry
MM et al. Analysis and design of moderate inversion based low power low‐noise amplifier
Kumar et al. Low-Noise Amplifier Design: An Open-Source Perspective
Jin Optimization of short-channel RF CMOS low noise amplifiers by geometric programming
Khandelwal et al. Parameter extraction in asm-hemt model
Lee et al. Determining non-quasi-static small-signal equivalent circuit of a RF silicon MOSFET
Cheng et al. MOSFET modeling for RF circuit design
Saijets et al. A comparative study of various MOSFET models at radio frequencies
Gonzalez et al. RF small-signal modeling of HCI degradation in FDSOI NMOSFET using BSIM-IMG
Leblebici et al. Components of Analog CMOS ICs

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070831

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090728

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090924

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091124

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121225

Year of fee payment: 3

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091207

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees