JP2005079162A - Integrated circuit device performance simulation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、集積回路装置のレイアウト上のばらつきを考慮した性能シミュレーション方法およびシミュレーション方法に関するものである。 The present invention relates to a performance simulation method and a simulation method in consideration of variations in layout of an integrated circuit device.
近年、集積回路装置の大規模化(高機能化)・高密度化・低電力化などが進むにつれて、設計技術者は、半導体素子の特性の余裕が極めて少ない条件下で、集積回路装置の設計を行わなくてはならない状況になっている。集積回路装置は、通常、半導体素子の性能のばらつきを考慮して設計される。すなわち、半導体素子の性能のばらつきを予測し、そのばらつきの範囲内でも集積回路装置が確実に動作し、かつ、所定の性能を発揮するように設計される。したがって、設計技術者は、プロセス仕様案を作成した後の初期の開発段階において、回路シミュレーションを行って回路性能を見積もるとき、高精度なモデルパラメータと、プロセス条件のばらつきを考慮することが必要となる。ここでいうモデルパラメータとは、半導体素子の端子間の電圧と該端子間に流れる電流との関係を決定するパラメータである。例えば、MISトランジスタのチャネル領域の不純物濃度や形状が統計的にゆらぐことにより、MISトランジスタのしきい値電圧のばらつきが発生することが知られており、この振る舞いを明らかにすることも、設計上非常に重要になってきている。 In recent years, as integrated circuit devices have become larger (higher functions), higher density, and lower power, design engineers can design integrated circuit devices under conditions where the margin of characteristics of semiconductor elements is extremely small. It is a situation that must be done. An integrated circuit device is usually designed in consideration of variations in performance of semiconductor elements. That is, it is designed such that the performance variation of the semiconductor element is predicted, and the integrated circuit device operates reliably and exhibits a predetermined performance within the variation range. Therefore, design engineers need to consider highly accurate model parameters and variations in process conditions when performing circuit simulation and estimating circuit performance in the initial development stage after creating a process specification draft. Become. The model parameter here is a parameter that determines the relationship between the voltage between the terminals of the semiconductor element and the current flowing between the terminals. For example, it is known that variation in threshold voltage of the MIS transistor occurs due to statistical fluctuations in the impurity concentration and shape of the channel region of the MIS transistor. It has become very important.
従来の技術では、半導体素子(MISトランジスタ)について、MISトランジスタの構造と電気特性に関する情報を用いて、そのゲート長およびゲート幅の設計値からの考え得る最大のずれ値を算出し、そのずれ値を用いて集積回路装置の性能のシミュレーションを行っている。
上記従来の技術では、半導体素子のある要素の寸法値と、この寸法値に対応する電気特性の性能とを算出し、その性能(例えば遅延値)に対してもっとも過酷となる寸法値(例えばゲート長0.128μm)を選んでシミュレーションを行なうことにより、ばらつきが生じた場合のマージンを見込むことになる。その結果、上記従来の技術では、ゲート寸法などの構造やプロセス条件について過大なマージンを設けることになり、逆に、集積回路装置の設計におけるマージンが極めて小さくなる。つまり、集積回路装置の大規模化,高密度化に伴い、集積回路装置の性能シミュレーション性能が低下するとともに、実際上設計自体が困難になりつつある。 In the above conventional technique, the dimension value of an element of the semiconductor element and the performance of the electrical characteristics corresponding to the dimension value are calculated, and the dimension value (for example, the gate) that is the most severe with respect to the performance (for example, the delay value). By performing a simulation by selecting a length of 0.128 μm), a margin when variations occur is expected. As a result, in the above conventional technique, an excessive margin is provided for the structure and process conditions such as the gate dimension, and conversely, the margin in the design of the integrated circuit device becomes extremely small. In other words, with the increase in scale and density of integrated circuit devices, the performance simulation performance of integrated circuit devices decreases, and the design itself is becoming difficult in practice.
本発明の目的は、集積回路装置の性能のばらつきを生じさせる要素を明確に把握し、ばらつきを考慮した集積回路装置の性能シミュレーションを行なうことにより、性能シミュレーション精度の向上や、設計の容易化を図ることにある。 The object of the present invention is to clearly understand the factors that cause variations in performance of integrated circuit devices, and to perform performance simulations of integrated circuit devices in consideration of variations, thereby improving performance simulation accuracy and facilitating design. There is to plan.
本発明の集積回路装置の性能シミュレーション方法は、ゲート寸法のばらつきに関する情報を記憶装置に格納して、このゲート寸法のばらつきに関する情報を利用して、集積回路装置の性能をシミュレーションにより算出する方法である。 The performance simulation method for an integrated circuit device according to the present invention is a method for storing information on variations in gate dimensions in a storage device and using the information on variations in gate dimensions to calculate the performance of the integrated circuit device by simulation. is there.
この方法により、シミュレーションの結果得られる遅延時間,消費電力といった性能についても、集積回路装置が大規模化,高密化された際にも、1点ではなくある範囲でのシミュレーション結果が高精度で得られる。また、従来のシミュレーション方法のようにゲート寸法やプロセス条件について過大なマージンを設けることがないので、集積回路装置が大規模化,高密化された際にも、集積回路装置を製造する上で十分余裕を持った設計を行なうことが可能になる。 With this method, the results of simulation, such as delay time and power consumption, can be obtained with high accuracy, not just a single point, even when integrated circuit devices are scaled up and densified. It is done. In addition, since an excessive margin is not provided for gate dimensions and process conditions unlike the conventional simulation method, it is sufficient for manufacturing an integrated circuit device even when the integrated circuit device is increased in scale and density. It becomes possible to design with a margin.
記憶装置に格納するゲート寸法のばらつきに関する情報として、ゲート寸法のランダムばらつきと、ゲート寸法のプロセスばらつきとがあり、ランダムばらつきには、ゲート寸法の設計値に依存するゲート寸法のばらつきと、ゲート寸法に依存しないゲート寸法のばらつきとがある。 Information on the variation in gate dimensions stored in the storage device includes random variations in gate dimensions and process variations in gate dimensions. The random variations include variations in gate dimensions depending on the design value of the gate dimensions, and gate dimensions. There are variations in gate dimensions that do not depend on
また、プロセスばらつきとしては、不純物ゆらぎと相関性を有するゲート寸法のばらつきがある。 Further, as process variations, there are variations in gate dimensions having a correlation with impurity fluctuations.
ゲート寸法の設計値に依存するばらつきを求める方法としては、ドレイン電流とゲート幅・ゲート長比との相関関係に基づいてゲート寸法のばらつきを算出する方法と、ドレイン電流とゲート幅・ゲート長比との相関関係,及び相互コンダクタンスとゲート幅・ゲート長比との相関関係に基づいてゲート寸法のばらつきを算出する方法と、既存の集積回路装置のゲート寸法のばらつきをシミュレーション対象の集積回路装置のゲート寸法のばらつきとする方法と、既存の複数のプロセス世代の上記ゲート寸法のばらつきのトレンドからゲート寸法のばらつきを算出する方法とがある。 There are two methods to determine the variation of the gate size depending on the design value: a method of calculating the gate size variation based on the correlation between the drain current and the gate width / gate length ratio, and the drain current and gate width / gate length ratio. And a method for calculating the variation in gate dimensions based on the correlation between the transconductance and the gate width / gate length ratio, and the variation in the gate dimensions of an existing integrated circuit device. There are a method for determining variations in gate dimensions, and a method for calculating variations in gate dimensions from the trend of variations in the gate dimensions of a plurality of existing process generations.
また、ゲート寸法のばらつきの実測値を用いてもよい。 Moreover, you may use the measured value of the dispersion | variation in a gate dimension.
本発明の集積回路装置の性能シミュレーション方法によれば、性能シミュレーション精度の向上や、設計の容易化を図ることができる。 According to the performance simulation method of the integrated circuit device of the present invention, it is possible to improve the performance simulation accuracy and facilitate the design.
図1は、第1の実施形態に係る集積回路装置の性能シミュレーション方法を示すフローチャートである。以下、図1のフローチャートに沿って、本実施形態におけるシミュレーションの大まかな手順を説明する。 FIG. 1 is a flowchart showing a performance simulation method for an integrated circuit device according to the first embodiment. The rough procedure of the simulation in the present embodiment will be described below along the flowchart of FIG.
まず、ステップST101で、シミュレーションを行なう際に用いるモデル式およびTCADを利用できる環境を整える。ここでいうモデル式とは、後述するような半導体素子の構造と電気的特性との間の関係式をいい、周知の各種モデル式を用いることができる。 First, in step ST101, an environment in which the model formula and TCAD used for the simulation can be used is prepared. The model formula here refers to a relational expression between the structure of the semiconductor element and the electrical characteristics as described later, and various well-known model formulas can be used.
次に、ステップST102で、記憶装置(セルライブラリ)のネットリストから、各MISトランジスタのゲート長Lおよびゲート幅Lに関する情報を取り出す。図2は、予め記憶装置に格納されているネットリストの一部を例示する図である。同図に示すように、ネットリストには、設計で定められた各トランジスタMN,MP,…のゲート長L,ゲート幅W等に関する情報が格納されている。この例では、MISトランジスタMN,MPのゲート長Lはいずれも0.13μmで等しく、ゲート幅Wはそれぞれ0.8μm,1.28μmと異なっている。 Next, in step ST102, information regarding the gate length L and gate width L of each MIS transistor is extracted from the net list of the storage device (cell library). FIG. 2 is a diagram illustrating a part of a netlist stored in advance in a storage device. As shown in the figure, the netlist stores information on the gate length L, gate width W, etc. of each transistor MN, MP,. In this example, the gate lengths L of the MIS transistors MN and MP are both equal to 0.13 μm, and the gate widths W are different from 0.8 μm and 1.28 μm, respectively.
そして、ステップST104で、ステップST102で取り出されたゲート長およびゲート幅と、ステップST101で採用したモデル式およびTCADを用いて、ゲート長Lおよびゲート幅Wの設計値に依存するばらつきと、それらの設計値に依存しないばらつきとを含むゲート長,ゲート幅のランダムなばらつきを求める。このゲート長L,ゲート幅Wのランダムなばらつきを求める具体的な手法については、後述する。 Then, in step ST104, using the gate length and gate width extracted in step ST102, the model formula and TCAD adopted in step ST101, variations depending on the design values of the gate length L and the gate width W, and their variations Random variations in gate length and gate width, including variations that do not depend on design values, are obtained. A specific method for obtaining random variations in the gate length L and the gate width W will be described later.
また、ステップST103で、記憶装置から、各MISトランジスタの各部における不純物(ドーパント)の濃度の設計値を取り出して、この設計値から各MISトランジスタの不純物ゆらぎとの相関性を有するゲート長,ゲート幅のばらつきを算出する。このとき、周知のTCADシミュレーション(Selete ENEXSS)や、分子動力学やモンテカルロ法を用いた粒子シミュレーションなどによって、不純物ゆらぎとの相関性を有するばらつきを算出することができる。 In step ST103, the design value of the concentration of the impurity (dopant) in each part of each MIS transistor is taken out from the storage device, and the gate length and gate width having correlation with the impurity fluctuation of each MIS transistor are obtained from this design value. The variation of is calculated. At this time, variation having correlation with impurity fluctuations can be calculated by a well-known TCAD simulation (Selete ENEXSS), particle simulation using molecular dynamics or Monte Carlo method, and the like.
図3は、TCADシミュレーションの結果求められた,しきい値電圧ばらつきのチャネルドープ量依存性を示す図である。同図に示されるように、チャネル領域の不純物濃度が増加するにつれて、しきい値電圧が増加していることがわかる。 FIG. 3 is a diagram showing the channel doping amount dependency of threshold voltage variation obtained as a result of the TCAD simulation. As shown in the figure, the threshold voltage increases as the impurity concentration in the channel region increases.
図4は、TCADシミュレーションの結果求められた,しきい値電圧ばらつきのゲート長依存性を示す図である。図5は、TCADシミュレーションの結果求められた,しきい値電圧ばらつきのゲート幅依存性を示す図である。図3からわかるように、しきい値電圧ばらつきは、チャネルドープ量に対する依存性を有している。一方、図4,図5からわかるように、しきい値電圧ばらつきはゲート長,ゲート幅に対する依存性をも有している。言い換えると、しきい値電圧ばらつきを介して、不純物濃度とゲート長Lおよびゲート幅Wとは相関関係があることになる。よって、不純物濃度のゆらぎを求めることによって、ゲート長L,ゲート幅Wのばらつきも求めることができる。 FIG. 4 is a diagram showing the gate length dependence of the threshold voltage variation obtained as a result of the TCAD simulation. FIG. 5 is a diagram showing the gate width dependence of the threshold voltage variation obtained as a result of the TCAD simulation. As can be seen from FIG. 3, the threshold voltage variation has a dependency on the channel doping amount. On the other hand, as can be seen from FIGS. 4 and 5, the threshold voltage variation also has a dependency on the gate length and the gate width. In other words, the impurity concentration, the gate length L, and the gate width W are correlated through the threshold voltage variation. Therefore, the variation in the gate length L and the gate width W can be obtained by obtaining the fluctuation of the impurity concentration.
次に、ステップST105で、ステップST103で求められた不純物ゆらぎとの相関性を有するゲート長,ゲート幅のばらつきと、ステップST101のモデル式およびTCADを用いて求められる,不純物ゆらぎとの相関性を有しないばらつきとから、ゲート長L,ゲート幅Wのプロセスばらつき(ロットばらつき)を求める。 Next, in step ST105, the correlation between the variation in gate length and gate width having a correlation with the impurity fluctuation obtained in step ST103 and the impurity fluctuation obtained using the model formula and TCAD in step ST101 are calculated. The process variation (lot variation) of the gate length L and the gate width W is obtained from the variation that does not exist.
次に、ステップST106で、ステップST104で求められたゲート長,ゲート幅のランダムばらつきと、ステップST105で求められたゲート長,ゲート幅のプロセスばらつきとをそれぞれ用い、レイアウトばらつき(具体的には、ゲート長L,ゲート幅Wのばらつき)を求める。 Next, at step ST106, random variations in the gate length and gate width obtained at step ST104 and process variations at the gate length and gate width obtained at step ST105 are used, respectively, and layout variations (specifically, (Variation in gate length L and gate width W).
次に、ステップST107で、ステップST101のモデル式およびTCADを用いて、半導体素子の電気特性(遅延時間など)のばらつきを求める。 Next, in step ST107, variations in electrical characteristics (delay time, etc.) of the semiconductor elements are obtained using the model formula and TCAD in step ST101.
次に、ステップST108で、ステップST106で求められたレイアウトばらつき(具体的には、ゲート長L,ゲート幅Wのばらつき)と、ステップST107で求められた半導体素子の電気特性のばらつきとを組み込んだ集積回路装置のネットリスト(ばらつきネットリスト)を作成し、記憶装置に格納する。 Next, in step ST108, the layout variation obtained in step ST106 (specifically, variation in gate length L and gate width W) and variation in electrical characteristics of the semiconductor element obtained in step ST107 are incorporated. A net list (variation net list) of the integrated circuit device is created and stored in the storage device.
図6は、ばらつきネットリストの例を示す図である。同図に示すように、MISトランジスタMN,MPについて、ゲート長LのばらつきをL#var ,ゲート幅WのばらつきをW#var として、ばらつきネットリストに格納する。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the variation netlist. As shown in the figure, for the MIS transistors MN and MP, the variation in the gate length L is stored in the variation netlist as L # var and the variation in the gate width W is stored as W # var.
次に、ステップST109で、ステップST108で作成したレイアウトばらつき,電気特性のばらつきを考慮した回路のネットリスト(ばらつきネットリスト)を用いて、回路シミュレーションを行なう。 Next, in step ST109, circuit simulation is performed using the circuit netlist (variation netlist) in consideration of the layout variation and electrical property variation created in step ST108.
そして、ステップST110で、ステップST109の回路シミュレーションの結果に基づいて、集積回路装置の性能、例えば、遅延時間,消費電力,チップ面積などを予測する。 In step ST110, based on the result of the circuit simulation in step ST109, the performance of the integrated circuit device, such as delay time, power consumption, and chip area, is predicted.
ここで、上記フローチャートにおけるステップST102,ステップST104からステップST106の処理に至る手順にはいくつかの種類があるので、各種具体例について説明する。ゲート長,ゲート幅のばらつきを求める方法としては、下記のような方法がある。 Here, since there are several types of procedures from step ST102 and step ST104 to step ST106 in the flowchart, various specific examples will be described. There are the following methods for obtaining variations in gate length and gate width.
−第1の方法−
第1の方法は、ドレイン電流Idsと、ゲート幅・ゲート長の比(W/L)との間の関係式を利用して、ドレイン電流の実測値のばらつきからゲート幅・ゲート長比(W/L)のばらつきを求める方法である。BSIM(Berkeley Short-channel IGFET Model)等の解析モデルによれば、MISトランジスタのドレイン電流Idsは、下記式(1)
Ids=(W/L)・A・(Vgs−Vth)B
∝(W/L) (1)
によって表される。ここで、Vgsはゲート・ソース間電圧、Vthはしきい値電圧、A,Bは係数である。
-First method-
The first method uses a relational expression between the drain current Ids and the ratio of the gate width / gate length (W / L) to determine the gate width / gate length ratio (W / L). According to an analysis model such as BSIM (Berkeley Short-channel IGFET Model), the drain current Ids of the MIS transistor is expressed by the following equation (1).
Ids = (W / L) · A · (Vgs−Vth) B
∝ (W / L) (1)
Represented by Here, Vgs is a gate-source voltage, Vth is a threshold voltage, and A and B are coefficients.
モデル式(1)から、ドレイン電流Idsと、ゲート幅・ゲート長比W/Lとは、比例関係にあることがわかる。ドレイン電流Idsのばらつきは、N個の半導体素子を測定することによって求めることができる。統計上の信頼性の観点から30個以上の半導体素子を測定すれば、高精度なばらつき情報を得ることができるので、ドレイン電流Idsがモデル式(1)で求めることができると仮定し、N個の半導体素子で合わせこみによる誤差が最小になるように、それぞれ比例定数である係数A,Bの値と、しきい値電圧Vthの値とを抽出する。逆にいうと、ドレイン電流Idsのばらつきと式(1)の比例係数A,B,Vthとを求めることによって、ゲート幅・ゲート長比(W/L)のランダムなばらつきも求めることができる。そこで、ステップST106におけるレイアウトのばらつき(具体的にはゲート長L,ゲート幅Wのばらつき)を求める際のランダムなばらつき成分としてこれを利用する。 From the model equation (1), it can be seen that the drain current Ids and the gate width / gate length ratio W / L are in a proportional relationship. The variation in the drain current Ids can be obtained by measuring N semiconductor elements. From the viewpoint of statistical reliability, if more than 30 semiconductor elements are measured, highly accurate variation information can be obtained. Therefore, it is assumed that the drain current Ids can be obtained by the model equation (1). The values of the coefficients A and B, which are proportional constants, and the value of the threshold voltage Vth are extracted so that the error due to the alignment of each semiconductor element is minimized. In other words, random variations in the gate width / gate length ratio (W / L) can also be obtained by obtaining variations in the drain current Ids and the proportional coefficients A, B, and Vth in the equation (1). Therefore, this is used as a random variation component when obtaining the layout variation (specifically, variation in gate length L and gate width W) in step ST106.
−第2の方法−
第2の方法は、電流の実測値のばらつきと、相互コンダクタンスの実測値のばらつきとからゲート幅・ゲート長比(W/L)のばらつきを求める方法である。ゲート電圧の変化に対するドレイン電流の変化の割合(dIds/dVg)は、相互コンダクタンスgmとして、下記式(2)
gm=dIds/dVg (2)
で表される。
-Second method-
The second method is a method for obtaining the variation in the gate width / gate length ratio (W / L) from the variation in the measured value of the current and the variation in the measured value of the mutual conductance. The ratio of change in drain current (dIds / dVg) to change in gate voltage is expressed by the following equation (2) as mutual conductance gm.
gm = dIds / dVg (2)
It is represented by
ここで、しきい値電圧Vthは、以下のような各種手法を利用して抽出することができる。すなわち、相互コンダクタンスとゲート電圧の関係を用いる外挿法や、相互コンダクタンスの変化が最大になるゲート電圧をしきい値電圧とする変化法や、オン状態のドレイン電流とゲート電圧の特性に影響を及ぼす移動度のゲート電圧依存性を除くように補正し、その特性からしきい値電圧を求める線形外挿法などである。このようにして求められたしきい値電圧Vthと、モデル式(1)とを用いることによって、ゲート幅・ゲート長比(W/L)を求めることができる。ドレイン電流Idsとゲート電圧Vgとの関係は、N個(例えば30個)の半導体素子を測定することによって求められる。 Here, the threshold voltage Vth can be extracted using the following various methods. That is, the extrapolation method using the relationship between the mutual conductance and the gate voltage, the change method using the gate voltage at which the change in the mutual conductance is maximized as the threshold voltage, and the on-state drain current and gate voltage characteristics are affected. For example, a linear extrapolation method may be used in which the mobility is corrected so as to remove the gate voltage dependence and the threshold voltage is obtained from the characteristics. The gate width / gate length ratio (W / L) can be obtained by using the threshold voltage Vth thus obtained and the model equation (1). The relationship between the drain current Ids and the gate voltage Vg can be obtained by measuring N (for example, 30) semiconductor elements.
そこで、しきい値電圧Vthのばらつきが式(2)を用いて求めることができると仮定し、N個の半導体素子での合わせこみによる誤差が最小になるように、式(1)中の係数A,Bの値を抽出する。すなわち、モデル式(1),(2)を用いることによって、ゲート幅・ゲート長比(W/L)のばらつきを求めることができる。そこで、ステップST106におけるレイアウトのばらつき(具体的にはゲート長L,ゲート幅Wのばらつき)を求める際のランダムなばらつき成分としてこれを利用する。 Therefore, assuming that the variation of the threshold voltage Vth can be obtained using the equation (2), the coefficient in the equation (1) is set so that the error due to the fitting in the N semiconductor elements is minimized. Extract the values of A and B. That is, by using the model equations (1) and (2), the variation in the gate width / gate length ratio (W / L) can be obtained. Therefore, this is used as a random variation component when obtaining the layout variation (specifically, variation in gate length L and gate width W) in step ST106.
−第3の方法−
第3の方法は、既存の集積回路装置のゲート長Lおよびゲート幅Wのばらつき情報を、シミュレーションのためのゲート幅・ゲート長比(W/L)のばらつきとして与える方法である。なお、既存の集積回路装置は、回路特性を予測しようとする集積回路装置とほぼ同じ要素で構成される集積回路装置を用いてもよいし、全く異なる要素で構成される集積回路装置を用いてもよい。さらに、既存の集積回路装置数はいくつあってもよく、複数の既存の集積回路装置のばらつき情報をもとにゲート長,ゲート幅のばらつきの平均を求めて、予測対象である集積回路装置のゲート長,ゲート幅のばらつきとして与えることもできる。そこで、ステップST106におけるレイアウトのばらつき(具体的にはゲート長L,ゲート幅Wのばらつき)を求める際のランダムなばらつき成分としてこれを利用する。
-Third method-
The third method is a method of providing variation information on the gate length L and gate width W of an existing integrated circuit device as variation in the gate width / gate length ratio (W / L) for simulation. In addition, the existing integrated circuit device may use an integrated circuit device configured with almost the same elements as the integrated circuit device whose circuit characteristics are to be predicted, or an integrated circuit device configured with completely different elements. Also good. Further, the number of existing integrated circuit devices may be any number, and the average of variations in gate length and gate width is obtained based on variation information of a plurality of existing integrated circuit devices, and the integrated circuit device to be predicted is calculated. It can also be given as variations in gate length and gate width. Therefore, this is used as a random variation component when obtaining the layout variation (specifically, variation in gate length L and gate width W) in step ST106.
−第4の方法−
第4の方法は、既存のプロセス世代間のゲート長,ゲート幅のばらつきのトレンドから予測対象の集積回路装置のゲート長,ゲート幅のばらつきを求める方法である。
-Fourth method-
The fourth method is a method for obtaining variations in gate length and gate width of an integrated circuit device to be predicted from trends in variations in gate length and gate width between existing process generations.
図7は、予測対象である集積回路装置の各プロセス世代におけるばらつきを示す図である。同図において、横軸はプロセス世代が変化していくときのゲート長Lの変化を示し、縦軸はゲート長のばらつきを表している。同図に示すように、プロセス世代のゲート長とばらつきトレンドとの間には、近似直線又は近似曲線で表される相関関係(ばらつきトレンド)がある。したがって、予測対象である集積回路装置が属するプロセス世代(ゲート長)が条件として与えられると、当該集積回路装置のゲート長,ゲート幅のばらつきを予測により求めることができる。そこで、ステップST106におけるレイアウトのばらつき(具体的にはゲート長L,ゲート幅Wのばらつき)を求める際のランダムなばらつき成分としてこれを利用する。 FIG. 7 is a diagram illustrating variation in each process generation of the integrated circuit device to be predicted. In the figure, the horizontal axis indicates the change in the gate length L when the process generation changes, and the vertical axis indicates the variation in the gate length. As shown in the figure, there is a correlation (variation trend) represented by an approximate straight line or an approximate curve between the gate length of the process generation and the variation trend. Therefore, when the process generation (gate length) to which the integrated circuit device to be predicted belongs is given as a condition, variations in the gate length and gate width of the integrated circuit device can be obtained by prediction. Therefore, this is used as a random variation component when obtaining the layout variation (specifically, variation in gate length L and gate width W) in step ST106.
本実施形態の集積回路装置の性能シミュレーション方法によると、ゲート長,ゲート幅のばらつきを考慮して、集積回路装置の性能シミュレーションを行なうので、必要以上の厳しい条件下でシミュレーションを行なうことに起因するマージン不足を補うことができる。 According to the performance simulation method of the integrated circuit device of the present embodiment, the performance simulation of the integrated circuit device is performed in consideration of the variation in the gate length and the gate width. A shortage of margin can be compensated.
図8(a),(b)は、従来及び本実施形態のシミュレーション方法の相違を、説明するための図である。図8(a),(b)においては、例として、遅延時間(又は消費電力)のゲート長(又はゲート幅)依存性を示している。図8(a)に示すように、従来のシミュレーション方法の場合、性能のシミュレーションに必要なパラメータであるゲート長(又はゲート幅)として、ある1つの値を仮定してシミュレーションを行っているので、得られる遅延時間(又は消費電力)は1つの値である。それに対し、図8(b)に示すように、本実施形態のシミュレーションでは、ゲート長(又はゲート幅)のばらつき範囲にある多くの値についてのシミュレーションを数回行なうことができる。したがって、シミュレーションの結果得られる遅延時間,消費電力といった性能についても、1点ではなくある範囲でのシミュレーション結果が高精度で得られる。 FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining the difference between the conventional simulation method and the simulation method of the present embodiment. 8A and 8B show, as an example, dependency of delay time (or power consumption) on gate length (or gate width). As shown in FIG. 8A, in the case of the conventional simulation method, the simulation is performed assuming a certain value as the gate length (or gate width) which is a parameter necessary for performance simulation. The obtained delay time (or power consumption) is one value. On the other hand, as shown in FIG. 8B, in the simulation of the present embodiment, the simulation for many values in the variation range of the gate length (or gate width) can be performed several times. Therefore, with respect to performance such as delay time and power consumption obtained as a result of simulation, simulation results within a certain range can be obtained with high accuracy instead of one point.
図9は、ゲート長のばらつき状態をヒストグラムとして表す図である。同図に示すように、ウエハ内のばらつきやプロセス間のばらつきにより、ゲート長は、設計値(例えば0.122μm)から0.001μm刻みごとに、ある頻度を持ってばらつきを生じることになる。従来の集積回路装置の性能シミュレーション方法では、その性能(例えば遅延値)に対してもっとも過酷となる値(例えばゲート長0.128μm)を選んでシミュレーションを行なうことにより、ばらつきが生じた場合のマージンを見込むことになる。その結果、ゲート寸法などの構造やプロセス条件について過大なマージンを設けることになり、逆に、集積回路装置の設計におけるマージンが極めて小さくなる。 FIG. 9 is a diagram showing a variation state of the gate length as a histogram. As shown in the figure, the gate length varies with a certain frequency every 0.001 μm from the design value (for example, 0.122 μm) due to variations within the wafer and between processes. In the conventional integrated circuit device performance simulation method, a margin when variations occur by selecting a value (for example, gate length 0.128 μm) that is the most severe for the performance (for example, delay value) is performed. Will be expected. As a result, an excessive margin is provided for the structure and process conditions such as gate dimensions, and conversely, the margin in the design of the integrated circuit device is extremely small.
それに対し、本実施形態の集積回路装置のシミュレーション方法を利用すると、例えば、予想歩留まりが何%以上であれば許容できるかを予め定めておけば、集積回路装置を製造する上で十分余裕を持った設計を行なうことが可能になる。 On the other hand, when the integrated circuit device simulation method according to the present embodiment is used, for example, if it is determined in advance whether the expected yield is acceptable or not, there is a sufficient margin for manufacturing the integrated circuit device. Design can be performed.
(第2の実施形態)
図10は、第2の実施形態に係る集積回路装置の性能シミュレーション方法を示すフローチャートである。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a flowchart illustrating a performance simulation method for an integrated circuit device according to the second embodiment.
同図に示すように、本実施形態においては、第1の実施形態におけるステップST101の処理に代えて、ステップST101’において、集積回路装置中のMISトランジスタの各部の寸法や不純物濃度などについて実測を行なう。そして、この実測の結果に応じて、第1の実施形態と同様のステップST102以下の処理を行なう。 As shown in the figure, in this embodiment, instead of the processing of step ST101 in the first embodiment, in step ST101 ′, the dimensions and impurity concentrations of the respective parts of the MIS transistor in the integrated circuit device are measured. Do. Then, in accordance with the result of this actual measurement, the processing from step ST102 onward as in the first embodiment is performed.
したがって、本実施形態によっても、第1の実施形態と同様に、集積回路装置の性能シミュレーションを高精度で行なうことができるとともに、集積回路装置を製造する上で十分余裕を持った設計を行なうことが可能になる。 Therefore, according to the present embodiment as well as the first embodiment, the performance simulation of the integrated circuit device can be performed with high accuracy, and the design having a sufficient margin for manufacturing the integrated circuit device should be performed. Is possible.
本発明の集積回路装置のシミュレーション方法は、MISトランジスタを多数搭載した集積回路装置の設計に利用することができる。 The integrated circuit device simulation method of the present invention can be used to design an integrated circuit device having a large number of MIS transistors.
Claims (10)
上記複数のMISトランジスタのゲート長,ゲート幅のうちの少なくとも1つのゲート寸法のばらつきに関する情報を記憶装置に格納するステップ(a)と、
上記記憶装置に格納されている上記ゲート寸法のばらつきに関する情報を取り出して、上記ゲート寸法のばらつきを用いて上記集積回路装置の性能をシミュレーションにより算出するステップ(b)と
を含む集積回路装置の性能シミュレーション方法。 A method for simulating the performance of an integrated circuit device having a plurality of MIS transistors,
Storing in a storage device information relating to variations in gate dimensions of at least one of the gate length and gate width of the plurality of MIS transistors;
(B) extracting information on the variation in the gate size stored in the storage device and calculating the performance of the integrated circuit device by simulation using the variation in the gate size. Simulation method.
上記ステップ(a)の前に、
上記複数のMISトランジスタの上記ゲート寸法のランダムばらつきを算出するステップ(c)と、
上記複数のMISトランジスタの上記ゲート寸法のプロセスばらつきを算出するステップ(d)と、
上記ステップ(c),(d)で算出された上記ゲート寸法のランダムばらつき及びプロセスばらつきを、上記ゲート寸法のばらつきとして上記記憶装置に格納するステップ(e)とを含み、
上記ステップ(a)では、上記ステップ(e)で格納された上記ゲート寸法のばらつきを上記記憶装置から取り出す,集積回路装置の性能シミュレーション方法。 The integrated circuit device performance simulation method according to claim 1,
Before step (a) above,
Calculating a random variation in the gate dimensions of the plurality of MIS transistors;
Calculating a process variation of the gate dimensions of the plurality of MIS transistors;
(E) storing the random variation of the gate size and the process variation calculated in the steps (c) and (d) in the storage device as the variation of the gate size,
In the step (a), the performance simulation method for an integrated circuit device, wherein the variation in the gate size stored in the step (e) is extracted from the storage device.
上記ステップ(c)では、予め記憶装置に格納されている上記ゲート寸法の設計値を取り出して、上記ゲート寸法の設計値に依存する上記ゲート寸法のばらつきと、上記ゲート寸法に依存しない上記ゲート寸法のばらつきとを、上記ゲート寸法のランダムばらつきとして算出する,集積回路装置の性能シミュレーション方法。 The integrated circuit device performance simulation method according to claim 2,
In the step (c), the design value of the gate dimension previously stored in the storage device is taken out, the variation of the gate dimension depending on the design value of the gate dimension, and the gate dimension independent of the gate dimension. A performance simulation method for an integrated circuit device, wherein the variation in the above is calculated as a random variation in the gate dimensions.
上記ステップ(d)では、不純物ゆらぎと相関性を有する上記ゲート寸法のばらつきを、上記ゲート寸法のプロセスばらつきとして算出する,集積回路装置の性能シミュレーション方法。 The integrated circuit device performance simulation method according to claim 2,
In the step (d), a performance simulation method for an integrated circuit device, wherein the variation in the gate dimension having a correlation with the impurity fluctuation is calculated as a process variation in the gate dimension.
上記ステップ(c)では、ドレイン電流とゲート幅・ゲート長比との相関関係に基づいて、上記ドレイン電流の実測値のばらつきから上記ゲート寸法のばらつきを算出する,集積回路装置の性能シミュレーション方法。 The integrated circuit device performance simulation method according to claim 3,
In the step (c), a performance simulation method for an integrated circuit device, wherein the variation in the gate size is calculated from the variation in the measured value of the drain current based on the correlation between the drain current and the gate width / gate length ratio.
上記ステップ(c)では、ドレイン電流とゲート幅・ゲート長比との相関関係,及び相互コンダクタンスとゲート幅・ゲート長比との相関関係に基づいて、上記ゲート電圧に対するドレイン電流の実測値のばらつきから上記ゲート寸法のばらつきを算出する,集積回路装置の性能シミュレーション方法。 The integrated circuit device performance simulation method according to claim 3,
In the step (c), based on the correlation between the drain current and the gate width / gate length ratio, and the correlation between the mutual conductance and the gate width / gate length ratio, the variation in the measured drain current with respect to the gate voltage is varied. A method for simulating the performance of an integrated circuit device, which calculates the variation in gate dimensions from the above.
上記ステップ(c)では、既存の集積回路装置の上記ゲート寸法のばらつきをシミュレーション対象の集積回路装置のMISトランジスタの上記ゲート寸法のばらつきとする,集積回路装置の性能シミュレーション方法。 The integrated circuit device performance simulation method according to claim 3,
In the step (c), the performance simulation method for an integrated circuit device, wherein the variation in the gate size of the existing integrated circuit device is defined as the variation in the gate size of the MIS transistor of the integrated circuit device to be simulated.
上記ステップ(c)では、予め記憶装置に格納されている既存の複数のプロセス世代の上記ゲート寸法のばらつきを取り出して、既存の複数のプロセス世代の上記ゲート寸法のばらつきのトレンドから、シミュレーション対象の集積回路装置のMISトランジスタの上記ゲート寸法のばらつきを算出する,集積回路装置の性能シミュレーション方法。 The integrated circuit device performance simulation method according to claim 3,
In the step (c), the variation in the gate size of the plurality of existing process generations stored in the storage device in advance is extracted, and the simulation target is calculated from the trend of the variation in the gate size of the plurality of existing process generations. A method for simulating the performance of an integrated circuit device, wherein the variation in the gate size of the MIS transistor of the integrated circuit device is calculated.
上記ステップ(a)では、上記記憶装置に格納されている上記複数のMISトランジスタの上記ゲート寸法のばらつきの実測値を上記ゲート寸法のばらつきとして上記記憶装置から取り出す,集積回路装置の性能シミュレーション方法。 The integrated circuit device performance simulation method according to claim 1,
In the step (a), a performance simulation method for an integrated circuit device, wherein an actual measurement value of the variation in the gate size of the plurality of MIS transistors stored in the storage device is extracted from the storage device as the variation in the gate size.
上記ステップ(b)では、上記集積回路装置の性能として、上記集積回路装置中の各回路の遅延時間,消費電力及びチップ面積のうち少なくとも一つをシミュレーションする,集積回路装置の性能シミュレーション方法。 In the performance simulation method of the integrated circuit device according to any one of claims 1 to 9,
In the step (b), a performance simulation method for an integrated circuit device, wherein at least one of delay time, power consumption, and chip area of each circuit in the integrated circuit device is simulated as the performance of the integrated circuit device.
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|---|---|---|---|---|
| JP2008112383A (en) * | 2006-10-31 | 2008-05-15 | Fujitsu Ltd | Semiconductor integrated circuit design method and design program |
| JP2009038091A (en) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Nec Electronics Corp | Method of manufacturing semiconductor integrated circuit |
| JP2009295007A (en) * | 2008-06-06 | 2009-12-17 | Renesas Technology Corp | Device and method for circuit characteristic analysis |
| US7944446B2 (en) | 2007-02-13 | 2011-05-17 | Fujitsu Limited | Device and method for displaying delay analysis results, and computer product |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008112383A (en) * | 2006-10-31 | 2008-05-15 | Fujitsu Ltd | Semiconductor integrated circuit design method and design program |
| US7930665B2 (en) | 2006-10-31 | 2011-04-19 | Fujitsu Semiconductor Limited | Method and program for designing semiconductor integrated circuit |
| US7944446B2 (en) | 2007-02-13 | 2011-05-17 | Fujitsu Limited | Device and method for displaying delay analysis results, and computer product |
| JP2009038091A (en) * | 2007-07-31 | 2009-02-19 | Nec Electronics Corp | Method of manufacturing semiconductor integrated circuit |
| JP2009295007A (en) * | 2008-06-06 | 2009-12-17 | Renesas Technology Corp | Device and method for circuit characteristic analysis |
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