JPH06195426A - Mos型トランジスタの回路シミュレーション用モデルパラメータの抽出方法 - Google Patents

Mos型トランジスタの回路シミュレーション用モデルパラメータの抽出方法

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JPH06195426A
JPH06195426A JP4357025A JP35702592A JPH06195426A JP H06195426 A JPH06195426 A JP H06195426A JP 4357025 A JP4357025 A JP 4357025A JP 35702592 A JP35702592 A JP 35702592A JP H06195426 A JPH06195426 A JP H06195426A
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JP
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resistance
drain
source
source voltage
channel
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Kenji Mori
健次 盛
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Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 LDD構造のMOS型トランジスタの回路シ
ミュレーション用の適正な各モデルパラメータを容易に
求めることが可能な抽出方法を提供する。 【構成】 レベル3モデル式を変形し、内部ドレイン・
ソース間電圧V'ds、チャネル幅W、キャリアの最大ド
リフト領域VMAX、ゲート酸化膜の静電容量Cox、 (rSD:BODY効果パラメータの短チャネル効果補正 PHI:表面反転ポテンシャル VBS:基板・ソース電圧 δ:閾値電圧のチャネル幅効果) 閾値電圧Vth、ゲート・ソース電圧Vgs、チャネル抵抗
Rch=V'ds/Idsとし、かつチャネル長(L)を独立
変数としたときのRon−L特性から、 とし、寄生抵抗Rp−ドレイン・ソース電圧Vds特性を
求め、その飽和領域を延長した線とVds=0の線との交
点の寄生抵抗Rpから実際のドレイン抵抗RDとソース
抵抗RSとの和を求める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MOS型トランジスタ
の回路シミュレーション用モデルパラメータの抽出方法
に関し、特にLDD構造のMOS型トランジスタに用い
るのに適したレベル3モデルの回路シミュレーション用
モデルパラメータの抽出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から行われているMOS型トランジ
スタの回路シミュレーションに於けるレベル1モデルに
あっては、例えばモデルパラメータとしてのドレイン抵
抗(RD)と前記ソース抵抗(RS)との和(RD+R
S)及びチャネル−ドレイン間空乏層の幅(2LD)を
求めるのに、できるだけ低いゲート電圧での領域でゲー
ト・ソース電圧(Vgs)−閾値電圧(Vth)が一定とな
るように設定し、VgsをパラメータとしてIds−Vgs特
性を実測し、このIds−Vds特性からオン抵抗(Ron)
−チャネル長(L)特性を求め、更にこのRon−L特性
のL=2LDとなる点、即ちこのRon−L特性を表す線
同士の交差する点のオン抵抗(Ron)から前記ドレイン
抵抗(RD)と前記ソース抵抗(RS)との和(RD+
RS)を求めていた。
【0003】一方、チャネル長の短小化に伴うホットエ
レクトロン効果の低減を目的としてドレイン端に低濃度
ドープ領域を設けた所謂2LDD構造のMOS型トラン
ジスタがある。このようなLDD構造のMOS型トラン
ジスタにあっては、上記したレベル1モデルによるオン
抵抗(Ron)−チャネル長(L)特性の各線の交点が一
致せず、即ち見かけ上Vgsによって寄生抵抗が変化し、
適正なRD+RSを求めることができないという問題が
あった。この原因としてはレベル1モデルでは移動度変
調、速度飽和の式が組み込まれていないこと等が考えら
れる。
【0004】そこで、レベル1モデルよりも実際のLD
D構造のMOS型トランジスタの動きを忠実にシミュレ
ートできるレベル3モデルのモデル式をもって寄生抵抗
を抽出することが考えられるが、この場合にも単にオン
抵抗(Ron)−チャネル長(L)特性を求めるのみでは
にわかにRD+RSを求めることができない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑み、本発明の主な目的は、LDD構造のMO
S型トランジスタの回路シミュレーション用の適正な各
モデルパラメータを容易に求めることが可能なMOS型
トランジスタの回路シミュレーション用モデルパラメー
タの抽出方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した目的は本発明に
よれば、LDD構造を有するMOS型トランジスタの回
路シミュレーション用モデルパラメータとしてのドレイ
ン抵抗(RD)とソース抵抗(RS)との和抵抗(RD
+RS)及び前記MOS型トランジスタのキャリアの最
大ドリフト速度(VMAX)の抽出方法であって、前記
MOS型トランジスタのドレイン・ソース電流(Ids)
−ドレイン・ソース電圧(Vds)特性を実測する過程
と、前記実測されたドレイン・ソース電流(Ids)−ド
レイン・ソース電圧(Vds)特性、予め設定された前記
和抵抗(RD+RS)及びチャネル−ドレイン間空乏層
の幅(2LD)の初期値からオン抵抗(Ron)−チャネ
ル長(L)特性を求める過程と、内部ドレイン・ソース
間電極をV'ds、チャネル幅をW、ゲート酸化膜の静電
容量をCox、閾値電圧をVth、ゲート・ソース電圧をV
gs、チャネル抵抗をRch=V'ds/Idsとし、かつ前記
チャネル長(L)を独立変数としたときの前記オン抵抗
(Ron)−チャネル長(L)特性から、
【0007】
【数4】
【0008】として、寄生抵抗(Rp)−ドレイン・ソ
ース電圧(Vds)特性を求める過程と、前記寄生抵抗
(Rp)−ドレイン・ソース電圧(Vds)特性の線形領
域を延長した線とドレイン・ソース電圧(Vds)=0の
線との交点の寄生抵抗(Rp)から実際の前記ドレイン
抵抗(RD)と前記ソース抵抗(RS)との和(RD+
RS)を求める過程とを有することを特徴とするMOS
型トランジスタの回路シミュレーション用モデルパラメ
ータの抽出方法を提供することにより達成される。
【0009】
【作用】オン抵抗(Ron)と、ドレイン−ソースの和抵
抗(RD+RS)と、チャネル抵抗(Rch)との間に
は、
【0010】
【数5】
【0011】の関係がある。従って、オン抵抗(Ron)
を求める回路シミュレーションのレベル3モデルの式か
ら、
【0012】
【数6】
【0013】となり、この式を傾き(A)を表す項、
【0014】
【数7】
【0015】と、寄生抵抗(Rp)を表す項、
【0016】
【数8】
【0017】とに分離し、寄生抵抗(Rp)−Vds特性
を求め、その飽和領域を延長した線のVds=0との交点
の寄生抵抗(Rp)から実際のRD+RSを求めること
ができる。ここで、V'dsは内部ドレイン・ソース間電
圧、μ0はチャネル中のキャリヤの移動度、VMAXは
キャリアの最大ドリフト速度、Wはチャネル幅、Coxは
ゲート酸化膜のキャパシタンス、
【0018】
【数9】
【0019】Vdsはドレイン・ソース電圧である。
【0020】また、寄生抵抗(Rp)−Vds特性の線形
領域の傾きからキャリアの最大ドリフト速度(VMA
X)を求めることができる。
【0021】更に、上記したように求められたRD+R
Sから回路シミュレーションのレベル1モデルから導出
される下式によりチャネル−ドレイン間空乏層の幅(2
LD)を求めることができる。
【0022】
【数10】
【0023】
【実施例】以下、本発明の好適実施例を添付の図面につ
いて詳しく説明する。
【0024】図1は、本発明に基づきLDD構造のMO
S型トランジスタの回路シミュレーション用の適正な各
モデルパラメータを求める手順を示す簡略的なフロー図
である。
【0025】まず、目的とするトランジスタのドレイン
抵抗(RD)と前記ソース抵抗(RS)との和(RD+
RS)及びチャネル−ドレイン間空乏層の幅(2LD)
の初期値を設定するべくIds−Vds特性を実測する(ス
テップ1)。
【0026】次に、
【0027】
【数11】
【0028】及び回路シミュレーションのレベル1モデ
ル式、
【0029】
【数12】
【0030】を用いて、
【0031】
【数13】
【0032】とし、その傾きの項、
【0033】
【数14】
【0034】と、寄生抵抗(Rp)を表す項、
【0035】
【数15】
【0036】とに分離する。そして、Ronを求める数1
1の式のLにL1、L2を代入し、
【0037】
【数16】
【0038】
【数17】
【0039】
【数18】
【0040】として、Vgsをパラメータとするオン抵抗
(Ron)−チャネル長(L)特性を求めて、L=2LD
となる点を抽出する(ステップ2、図2)。ここで、V
gsの値によりL=2LDとなる点が複数求められるが、
そのうちVgsの最も高い場合のL=2LDとなる点のL
を2LDの初期値、寄生抵抗(Rp)をRD+RSの初期
値に設定する。次に、回路シミュレーションのレベル3
モデルの式から、
【0041】
【数19】
【0042】から、
【0043】
【数20】
【0044】とし、傾きを表す項、
【0045】
【数21】
【0046】と、寄生抵抗(Rp)を表す項、
【0047】
【数22】
【0048】とに分離し、1/傾き(A)−Vgs特性
(図3)及び寄生抵抗(Rp)−Vds特性(図4)を求
め(ステップ3)、1/傾き(A)−Vgs特性の傾きか
らμ0を求め、またその線形領域と非線形領域とのなす
角からθを求める(ステップ4)。また、寄生抵抗(R
p)−Vds特性の飽和領域を延長した線とVds=0との
交点の寄生抵抗(Rp)から正確なRD+RSを求める
(ステップ5)。ここで、飽和領域を延長した線とVds
=0との交点の寄生抵抗(Rp)をRD+RSとする理
由は、トランジスタのチャネル領域をはずしたときは、
Vds≠0の時には、一定の電流が流れ、RD+RSが求
まるが、実際のトランジスタでは、Vds≠0の時、チャ
ネル下の速度変化による抵抗増加が効いてくる。Vds=
0の時には、チャネル下の速度変化による抵抗増加がな
くなるため、仮想的にVds=0とすることにより、RD
+RSを表わすためである。加えて寄生抵抗(Rp)−
Vds特性の飽和領域の傾きからVMAXを求める(ステ
ップ6)。
【0049】次に、
【0050】
【数23】
【0051】から正確な2LDを求めることにより(ス
テップ7)、各パラメータの抽出が完了し、その後、実
際にシミュレーションすることとなる。
【0052】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明によるMOS型トランジスタの回路シミュレーション
用モデルパラメータの抽出方法によれば、レベル3モデ
ル式を変形し、内部ドレイン・ソース間電圧をV'ds、
チャネル幅をW、キャリアの最大ドリフト速度をVMA
X、ゲート酸化膜の静電容量をCox、ただし、
【0053】
【数24】
【0054】をFBODY、閾値電圧をVth、ゲート・
ソース電圧をVgs、チャネル抵抗をRch=V'ds/Ids
とし、かつチャネル長(L)を独立変数としたときのオ
ン抵抗(Ron)−チャネル長(L)特性から、
【0055】
【数25】
【0056】として、寄生抵抗(Rp)−ドレイン・ソ
ース電圧(Vds)特性を求め、その飽和領域を延長した
線とドレイン・ソース電圧(Vds)=0の線との交点の
寄生抵抗(Rp)から実際の前記ドレイン抵抗(RD)
と前記ソース抵抗(RS)との和(RD+RS)を求め
ることにより、直接求めることのできないRD+RSを
実際に即して正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づくモデルパラメータの抽出手順を
示すフロー図である。
【図2】回路シミュレーションのレベル3モデルによる
オン抵抗(Ron)−チャネル長(L)特性を示すグラフ
である。
【図3】回路シミュレーションのレベル3モデルによる
オン抵抗(Ron)−チャネル長(L)特性の1/傾き
(A)−ゲート・ソース電圧(Vgs)特性を示すグラフ
である。
【図4】回路シミュレーションのレベル3モデルによる
オン抵抗(Ron)−チャネル長(L)特性の寄生抵抗
(Rp)−ゲート・ソース電圧(Vgs)特性を示すグラ
フである。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 LDD構造を有するMOS型トランジ
    スタの回路シミュレーション用モデルパラメータとして
    のドレイン抵抗(RD)とソース抵抗(RS)との和抵
    抗(RD+RS)及び前記MOS型トランジスタのキャ
    リアの最大ドリフト速度(VMAX)の抽出方法であっ
    て、 前記MOS型トランジスタのドレイン・ソース電流(I
    ds)−ドレイン・ソース電圧(Vds)特性を実測する過
    程と、 前記実測されたドレイン・ソース電流(Ids)−ドレイ
    ン・ソース電圧(Vds)特性、予め設定された前記和抵
    抗(RD+RS)及びチャネル−ドレイン間空乏層の幅
    (2LD)の初期値からオン抵抗(Ron)−チャネル長
    (L)特性を求める過程と、 内部ドレイン・ソース間電極をV'ds、チャネル幅を
    W、ゲート酸化膜の静電容量をCox、閾値電圧をVth、
    ゲート・ソース電圧をVgs、チャネル抵抗をRch=V'd
    s/Idsとし、かつ前記チャネル長(L)を独立変数と
    したときの前記オン抵抗(Ron)−チャネル長(L)特
    性から、 【数1】 として、寄生抵抗(Rp)−ドレイン・ソース電圧(Vd
    s)特性を求める過程と、 前記寄生抵抗(Rp)−ドレイン・ソース電圧(Vds)
    特性の線形領域を延長した線とドレイン・ソース電圧
    (Vds)=0の線との交点の寄生抵抗(Rp)から実際
    の前記ドレイン抵抗(RD)と前記ソース抵抗(RS)
    との和(RD+RS)を求める過程とを有することを特
    徴とするMOS型トランジスタの回路シミュレーション
    用モデルパラメータの抽出方法。
  2. 【請求項2】 前記寄生抵抗(Rp)を求める式が、 【数2】 から、 【数3】 とし、その右辺の第2項乃至第4項の寄生抵抗(Rp)
    を表す項を用いたことを特徴とする請求項1に記載のM
    OS型トランジスタの回路シミュレーション用モデルパ
    ラメータの抽出方法。
  3. 【請求項3】 前記寄生抵抗(Rp)−ドレイン・ソ
    ース電圧(Vds)特性の線形領域の傾きからキャリアの
    最大ドリフト速度(VMAX)を求める過程とを有する
    ことを特徴とする請求項1若しくは請求項2に記載のM
    OS型トランジスタの回路シミュレーション用モデルパ
    ラメータの抽出方法。
  4. 【請求項4】 前記オン抵抗(Ron)−チャネル長
    (L)特性の傾き及び前記ドレイン抵抗(RD)と前記
    ソース抵抗(RS)との和(RD+RS)からチャネル
    −ドレイン間空乏層の幅(2LD)を求める過程を更に
    有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれ
    かに記載のMOS型トランジスタの回路シミュレーショ
    ン用モデルパラメータの抽出方法。
  5. 【請求項5】 前記MOS型トランジスタのドレイン
    ・ソース電流(Ids)−ドレイン・ソース電圧(Vds)
    特性を実測する過程と、 前記実測されたドレイン・ソース電流(Ids)−ドレイ
    ン・ソース電圧(Vds)特性からオン抵抗(Ron)−チ
    ャネル長(L)特性を求める過程と、 前記チャネル長(L)を独立変数としたときの前記オン
    抵抗(Ron)−チャネル長(L)特性からその傾き
    (A)を分離し、傾き(A)−ゲート・ソース電圧(V
    gs)特性を求める過程と、 前記傾き(A)−ゲート・ソース電圧(Vgs)特性から
    チャネル中のキャリヤの移動度(μ0)及び移動度変調
    (θ)を求める過程とを更に有することを特徴とする請
    求項1乃至請求項4のいずれかに記載のMOS型トラン
    ジスタの回路シミュレーション用モデルパラメータの抽
    出方法。
  6. 【請求項6】 前記実測されたドレイン・ソース電流
    (Ids)−ドレイン・ソース電圧(Vds)特性からゲー
    ト・ソース電圧(Vgs)をパラメータとする複数のオン
    抵抗(Ron)−チャネル長(L)特性を求める過程と、 前記各オン抵抗(Ron)−チャネル長(L)特性を表す
    線同士の交点のうちゲート・ソース電圧(Vgs)の高い
    もの同士の交点のオン抵抗(Ron)及びチャネル長
    (L)から前記ドレイン抵抗(RD)と前記ソース抵抗
    (RS)との和(RD+RS)及びチャネル−ドレイン
    間空乏層の幅(2LD)の初期値を求める過程とを有す
    ることを特徴とする請求項5に記載のMOS型トランジ
    スタの回路シミュレーション用モデルパラメータの抽出
    方法。
  7. 【請求項7】 前記ドレイン抵抗(RD)と前記ソー
    ス抵抗(RS)との和(RD+RS)及びチャネル−ド
    レイン間空乏層の幅(2LD)の初期値を設定する過程
    が、前記MOS型トランジスタのドレイン・ソース電流
    (Ids)−ドレイン・ソース電圧(Vds)特性を実測す
    る過程と、 前記実測されたドレイン・ソース電流(Ids)−ドレイ
    ン・ソース電圧(Vds)特性からゲート・ソース電圧
    (Vgs)をパラメータとする複数のオン抵抗(Ron)−
    チャネル長(L)特性を求める過程と、 前記オン抵抗(Ron)−チャネル長(L)特性を表す複
    数の線同士の交点のうちゲート・ソース電圧(Vgs)の
    高いもの同士の交点のオン抵抗(Ron)及びチャネル長
    (L)から前記ドレイン抵抗(RD)と前記ソース抵抗
    (RS)との和(RD+RS)及びチャネル−ドレイン
    間空乏層の幅(2LD)の初期値を求める過程とを有す
    ることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに
    記載のMOS型トランジスタの回路シミュレーション用
    モデルパラメータの抽出方法。
JP4357025A 1992-12-23 1992-12-23 Mos型トランジスタの回路シミュレーション用モデルパラメータの抽出方法 Withdrawn JPH06195426A (ja)

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