(57)【要約】【課題】回路シミュレーションにおいて算出される回路計算の再現値の再現性を向上させる。【解決手段】トランジスタを含む回路の回路シミュレーション方法において、回路構成および入力信号が定義された入力ファイルからトランジスタ特性に影響を与える特性要因を読み込み、トランジスタ特性の複数のシミュレーションモデルのなかから、読み込まれた特性要因に対応するシミュレーションモデルを選択し、回路構成のトランジスタの端子名に基づいて、選択されたシミュレーションモデルを入力ファイルに対応する特性記述に変換し、変換された特性記述を入力ファイルに挿入し、特性記述が挿入された入力ファイルを用いて回路計算を実行する。【選択図】図９
2010009100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタを含む回路の回路シミュレーション方法であって、
回路構成および入力信号が定義された入力ファイルからトランジスタ特性に影響を与える特性要因を読み込み、
トランジスタ特性の複数のシミュレーションモデルのなかから、前記読み込まれた特性要因に対応するシミュレーションモデルを選択し、
前記回路構成のトランジスタの端子名に基づいて、前記選択されたシミュレーションモデルを前記入力ファイルに対応する特性記述に変換し、
前記変換された特性記述を前記入力ファイルに挿入し、
前記特性記述が挿入された入力ファイルを用いて回路計算を実行することを特徴とする回路シミュレーション方法。
【請求項２】
前記特性要因は、前記回路構成のトランジスタの属性または動作条件である請求項１に記載の回路シミュレーション方法。
【請求項３】
前記特性記述は、前記回路計算において算出されたトランジスタ特性の関数である請求項１または２に記載の回路シミュレーション方法。
【請求項４】
前記特性記述は、測定記述または電流源記述である請求項３に記載の回路シミュレーション方法。
【請求項５】
トランジスタを含む回路の回路シミュレーション装置であって、
回路シミュレーションプログラム、ならびに回路構成および入力信号が定義された入力ファイルを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された回路シミュレーションプログラムを起動することによって回路シミュレータを実現するプロセッサと、を備え、
前記回路シミュレータは、前記記憶部に記憶された入力ファイルからトランジスタ特性に影響を与える特性要因を読み込む読込手段と、
前記読込手段によって読み込まれた特性要因に基づいて、複数のシミュレーションモデルの１つを選択する選択手段と、
前記記憶部に記憶された回路構成のトランジスタの端子名に基づいて、前記選択手段によって選択されたシミュレーションモデルを前記入力ファイルに対応する特性記述に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換された特性記述を前記入力ファイルに挿入する挿入手段と、
前記挿入手段によって特性記述が挿入された入力ファイルを用いて回路計算を実行する計算手段と、を有することを特徴とする回路シミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路シミュレーション方法および回路シミュレーション装置に関し、特に、半導体装置の設計に使用される回路シミュレーション方法および回路シミュレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的には、トランジスタを含む半導体集積回路のシミュレーションを実行する際には、トランジスタ特性を再現するための手段として、トランジスタ特性の実測値に合わせ込まれたＢＳＩＭ（Berkeley Short-Channel IGFET Model）などのトランジスタモデルが使用される。これらのトランジスタモデルは、現状で認識されているほとんどのトランジスタ特性を再現するためのモデルを含んでいる。
【０００３】
しかしながら、すべてのトランジスタ特性の実測値に対してトランジスタモデルのパラメタ（以下、「モデルパラメタ」という）を高精度に合わせ込むことは困難である。従って、モデルパラメタの合わせ込みは、トランジスタの駆動特性を再現することに重点を置いて行われる。その結果、トランジスタの駆動特性に影響を与えないようなトランジスタ特性の再現性が悪化する（実測値と再現値との間の誤差が大きくなる）傾向がある。その一例を以下に述べる。
【０００４】
トランジスタでは、長時間の電気的ストレスを受け続けた場合にホットキャリアによる劣化（以下、「ホットキャリア劣化」という）が起こる。このホットキャリア劣化が起こる際には、その強さに応じて基板電流が発生する。従って、このホットキャリア劣化を事前に予測するためには、どのような電圧条件下でどのくらいの基板電流が発生するかを把握する必要がある。
【０００５】
このことを知るための方法として、インパクトイオン化による基板電流モデルを使用する方法が提案されている。この基板電流モデルは、汎用的な回路シミュレータで使用されるＢＳＩＭのようなトランジスタモデルに組み込まれている。通常では、この基板電流モデルは、基板電流の実測値を再現するように、その基板電流のモデルパラメタに合わせ込まれて使用される。
【０００６】
しかしながら、近年の半導体デバイスの微細化に伴い、モデルパラメタに合わせ込まれた基板電流モデルがそのまま使用された場合の基板電流の実測値と回路シミュレーションにおいて算出された基板電流の再現値との間の誤差が大きくなってきている。特に、０．１μｍ以下の短いチャネル長のトランジスタの回路シミュレーションでは、ゲート電圧が大きくなっても基板電流が下がらない現象が顕著に現れるので、ゲート電圧とドレイン電圧のさまざまな組み合わせに対して、広範囲で基板電流の実測値を再現することが難しくなってきている。
【０００７】
さらに、これを改善する方法として、モデルパラメタの中の基板電流モデルをユーザが修正する方法が提案されている。しかしながら、基板電流以外のモデルパラメタと整合を取りながら基板電流モデルを修正することは、モデルパラメタの合わせ込みに精通しているユーザにとっても困難である。
【特許文献１】特開２００５−２５９７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、回路シミュレーションにおいて算出される回路計算の再現値の再現性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１態様によれば、
トランジスタを含む回路の回路シミュレーション方法であって、
回路構成および入力信号が定義された入力ファイルからトランジスタ特性に影響を与える特性要因を読み込み、
トランジスタ特性の複数のシミュレーションモデルのなかから、前記読み込まれた特性要因に対応するシミュレーションモデルを選択し、
前記回路構成のトランジスタの端子名に基づいて、前記選択されたシミュレーションモデルを前記入力ファイルに対応する特性記述に変換し、
前記変換された特性記述を前記入力ファイルに挿入し、
前記特性記述が挿入された入力ファイルを用いて回路計算を実行することを特徴とする回路シミュレーション方法が提供される。
【００１０】
本発明の第２態様によれば、
トランジスタを含む回路の回路シミュレーション装置であって、
回路シミュレーションプログラム、ならびに回路構成および入力信号が定義された入力ファイルを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された回路シミュレーションプログラムを起動することによって回路シミュレータを実現するプロセッサと、を備え、
前記回路シミュレータは、前記記憶部に記憶された入力ファイルからトランジスタ特性に影響を与える特性要因を読み込む読込手段と、
前記読込手段によって読み込まれた特性要因に基づいて、複数のシミュレーションモデルの１つを選択する選択手段と、
前記記憶部に記憶された回路構成のトランジスタの端子名に基づいて、前記選択手段によって選択されたシミュレーションモデルを前記入力ファイルに対応する特性記述に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換された特性記述を前記入力ファイルに挿入する挿入手段と、
前記挿入手段によって特性記述が挿入された入力ファイルを用いて回路計算を実行する計算手段と、を有することを特徴とする回路シミュレーション装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、回路シミュレーションにおいて算出される再現値の再現性を向上させるとともに、回路シミュレーションの基板電流モデルの修正に要する手間を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の実施例は、本発明の実施の一形態であって、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００１３】
はじめに、本発明の実施例１について説明する。本発明の実施例１は、モデルパラメタに依存することなく、所望の精度でトランジスタを含む回路の状態を高精度に再現する回路シミュレーションの例である。
【００１４】
まず、本発明の実施例１に係る回路シミュレーション装置の構成について、図１〜図８を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る回路シミュレーション装置の構成を示す構成ブロック図である。
【００１６】
図１に示されるように、回路シミュレーション装置は、記憶部１０、プロセッサ１１、入力部１２、および出力部１３を備えている。
【００１７】
記憶部１０は、レイアウトデータ１０１、シミュレーションモデル１０２、回路シミュレーションプログラム１０３、および選択テーブル１０４を記憶するようになっている。レイアウトデータ１０１は、回路シミュレーションの対象となる回路構成が表現されたデータである。シミュレーションモデル１０２は、トランジスタの種類毎のトランジスタ特性のシミュレーションを実行するための複数のモデルから構成されている。シミュレーションモデル１０２は、回路シミュレーションの対象となるトランジスタの基板電流とドレイン電流を測定し、ゲート電圧とドレイン電圧の組み合わせ毎に基板電流を高精度に再現することによって作成される。シミュレーションモデル１０２は、たとえば図２（Ａ）に示されるようなインパクトイオン化モデルを修正することによって作成された基板電流モデルまたは図２（Ｂ）に示されるようなＢＳＩＭに組み込まれていないゲート電流モデルである。選択テーブル１０４は、シミュレーションモデル１０２とトランジスタ特性との関係を示すテーブルである。選択テーブル１０４は、トランジスタの種類毎に設けられている。トランジスタ毎に設けられた選択テーブル１０４は、たとえば、図３（Ａ）に示されるようなＮＭＯＳ用のテーブルおよび図３（Ｂ）に示されるようなＰＭＯＳ用のテーブルである。各テーブルには、動作温度およびゲート長に対応する２８種類のモデルが示されている。回路シミュレーションプログラム１０３は、回路シミュレータ（後述）を実現するためのアプリケーションプログラムである。また、記憶部１０は、プロセッサ１１のワーキングメモリとしても機能するようになっている。記憶部１０は、たとえばＲＡＭなどのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。
【００１８】
プロセッサ１１は、記憶部１０に記憶されたシミュレーションプログラム１０３を起動することによって、回路シミュレーション（後述）を実行する回路シミュレータを実現するようになっている。
【００１９】
入力部１２は、ユーザからの指示を受け付けるようになっている。入力部１２は、たとえばキーボードやマウスである。
【００２０】
出力部１３は、回路シミュレーションの結果を出力するようになっている。出力部１３は、たとえばディスプレイである。
【００２１】
図４は、プロセッサ１１によって実現される回路シミュレータの機能を示す機能ブロック図である。
【００２２】
図４に示されるように、回路シミュレータは、抽出手段１０３Ａ、読込手段１０３Ｂ、選択手段１０３Ｃ、変換手段１０３Ｄ、挿入手段１０３Ｅ、および計算手段１０３Ｆを有する。
【００２３】
抽出手段１０３Ａは、記憶部１０に記憶されたレイアウトデータ１０１から入力ファイル１０４を抽出し、記憶部１０に書き込むようになっている。図５に示されるように、入力ファイル１０４は、回路構成記述１０４Ａ、特性要因記述１０４Ｂ、および入力信号記述１０４Ｃから構成されている。回路構成記述１０４Ａは、レイアウトデータ１０１に表現された回路に関する記述である。特性要因記述１０４Ｂは、トランジスタの特性に影響を与える特性要因に関する記述である。特性要因記述１０４Ｂは、たとえば図６に示されるようなトランジスタの種類６−１，６−３およびゲート長６−２，６−４を含む属性記述、ならびにトランジスタの動作温度６−５を含む動作記述である。入力信号記述１０４Ｃは、入力電圧や動作周波数などの入力信号に関する記述である。
【００２４】
読込手段１０３Ｂは、記憶部１０に記憶された入力ファイル１０４から特性要因記述１０４Ｂを読み込むようになっている。
【００２５】
選択手段１０３Ｃは、読込手段１０３Ｂによって読み込まれた特性要因記述１０４Ｂに基づいて、記憶部１０に記憶された複数のシミュレーションモデル１０２の１つを選択するようになっている。
【００２６】
変換手段１０３Ｄは、記憶部１０に記憶された入力ファイル１０４の回路構成記述１０４Ａのトランジスタの端子名に基づいて、選択手段１０３Ｃによって選択されたシミュレーションモデル１０２を入力ファイル１０４に対応する特性記述１０４Ｄに変換するようになっている。特性記述１０４Ｄは、たとえばトランジスタ特性の関数であり、図７（Ａ）に示されるような測定記述または図７（Ｂ）に示されるような電流源記述である。ここで、図７（Ａ）に示されるように、測定記述は、トランジスタ周辺の端子電圧および電流に基づいて算出されるトランジスタ特性の値を回路シミュレーションの結果として出力するための記述である。また、図７（Ｂ）に示されるように、電流源記述は、トランジスタ周辺の端子電圧および電流に基づいて算出されるトランジスタ特性の値を回路の一部である電流源として回路シミュレーションにおいて計算するための記述である。
【００２７】
挿入手段１０３Ｅは、変換手段１０３Ｄによって変換された特性記述１０４Ｄを入力ファイル１０４に挿入するようになっている。その結果、図８に示されるように、入力ファイル１０４は、回路構成記述１０４Ａ、特性要因記述１０４Ｂ、および入力信号記述１０４Ｃに加えて、特性記述１０４Ｄから構成される。
【００２８】
計算手段１０３Ｆは、挿入手段１０３Ｅによって特性記述１０４Ｄが挿入された入力ファイル１０４を用いて回路計算を実行するようになっている。
【００２９】
次に、本発明の実施例１に係る回路シミュレーション装置の処理内容について、図９および図１０を参照して説明する。
【００３０】
図９は、本発明の実施例１に係る回路シミュレーションの処理手順を示すフローチャートである。
【００３１】
はじめに、入力ファイル抽出工程（Ｓ９０１）が行われる。入力ファイル抽出工程（Ｓ９０１）では、抽出手段１０３Ａは、記憶部１０に記憶されたレイアウトデータ１０１から入力ファイル１０４を抽出し、抽出された入力ファイルを記憶部１０に書き込む。なお、本発明の実施例１では、入力ファイル１０４が記憶部１０に予め記憶されていても良い。その場合には、入力ファイル抽出工程（Ｓ９０１）は省略される。
【００３２】
次に、特性要因読込処理（Ｓ９０２）が行われる。
【００３３】
図１０は、図９の特性要因読込処理（Ｓ９０２）における処理手順を示すフローチャートである。
【００３４】
はじめに、特性要因記述読込工程（Ｓ１００１）が行われる。特性要因記述読込工程（Ｓ１００１）では、読込手段１０３Ｂは、入力ファイル１０４から特性要因記述１０４Ｂを読み込む。
【００３５】
次に、トランジスタタイプ抽出工程（Ｓ１００２）が行われる。トランジスタタイプ抽出工程（Ｓ１００２）では、読込手段１０３Ｂは、特性要因記述読込工程（Ｓ１００１）において読み込まれた特性要因記述１０４Ｂからトランジスタの種類を抽出する。
【００３６】
次に、トランジスタ特性抽出工程（Ｓ１００３）が行われる。トランジスタ特性抽出工程（Ｓ１００３）では、読込手段１０３Ｂは、特性要因記述読込工程（Ｓ１００１）において読み込まれた特性要因記述１０４Ｂからトランジスタのゲート長および動作温度を抽出する。
【００３７】
特性要因読込処理（Ｓ９０２）は、トランジスタ特性抽出工程（Ｓ１００３）の後に終了する。
【００３８】
特性要因読込処理（Ｓ９０２）の後に、シミュレーションモデル選択工程（Ｓ９０３）が行われる。シミュレーションモデル選択工程（Ｓ９０３）では、選択手段１０３Ｃは、記憶部１０に記憶された複数のシミュレーションモデル１０２の１つを選択する。たとえば、図１０のトランジスタタイプ抽出工程（Ｓ１００２）において、図６に示されるトランジスタの種類６−１（ｎｍｏｓｆｅｔ）が抽出され、図１０のトランジスタ特性抽出工程（Ｓ１００３）において、図６に示されるトランジスタのゲート長６−２（０．１μ）および動作温度（７０）が抽出されたとすると、図３（Ａ）に示されるようなＮＭＯＳ用の選択テーブル１０４が参照され、この選択テーブル１０４の中からゲート長（０．１μ）および動作温度（７０）に対応するモデル（ＭＯＤＥＬ  Ｎ３）が選択される。
【００３９】
次に、特性記述変換工程（Ｓ９０４）が行われる。特性記述変換工程（Ｓ９０４）では、変換手段１０３Ｄは、シミュレーションモデル選択工程（Ｓ９０３）において選択されたシミュレーションモデル１０２を入力ファイル１０４に対応する特性記述１０４Ｄに変換する。
【００４０】
次に、特性記述挿入工程（Ｓ９０５）が行われる。特性記述挿入工程（Ｓ９０５）では、挿入手段１０３Ｅは、特性記述変換工程（Ｓ９０４）において変換された特性記述１０４Ｄを入力ファイル１０４に挿入する。その結果、図８に示されるような入力ファイル１０４が記憶部１０に書き込まれる。
【００４１】
特性要因読込処理（Ｓ９０２）〜特性記述挿入工程（Ｓ９０５）は、回路構成記述１０４Ａの全てのトランジスタに対してシミュレーションモデル１０２が選択されるまで（すなわち、回路構成記述１０４Ａの全てのトランジスタについての特性記述１０４Ｄが入力ファイル１０４に挿入されるまで）繰り返される（Ｓ９０６−ＮＯ）。
【００４２】
回路構成記述１０４Ａの全てのトランジスタに対してシミュレーションモデル１０２が選択された場合には（Ｓ９０６−ＹＥＳ）、回路計算実行工程（Ｓ９０７）が行われる。回路計算実行工程（Ｓ９０７）では、計算手段１０３Ｆは、特性記述１０４Ｄが挿入された入力ファイル１０４に基づいて回路計算を実行する。回路計算の実行結果は出力部１３に出力される。たとえば、回路計算の実行結果は、図２（Ａ）に示されるような基板電流モデルが使用された場合には基板電流の再現値であり、図２（Ｂ）に示されるようなゲート電流モデルが使用された場合にはゲート電流の再現値である。
【００４３】
なお、本発明の実施例１では、モデルの数は図３（Ａ），（Ｂ）に示されるような数より少なくても良い。この場合には、所望のゲート長に対応するモデルがないときに、少なくとも前後２つのゲート長において、所望のバイアス上程での基板電流値から内挿して、所望のゲート長の基板電流を求める。
【００４４】
本発明の実施例１によれば、トランジスタの特性要因に基づいて複数のシミュレーションモデル１０２の１つを選択することによって、モデルパラメタに依存することなく回路シミュレーションを実行するので、回路シミュレーションの再現性を向上させることができる。たとえば、図１１に示されるように、従来の回路シミュレーション方法では、ゲート電圧が高くなるほど基板電流の実測値とシミュレーション結果との間の誤差が大きくなるが、本発明の実施例１では、ゲート電圧が高くなっても基板電流の実測値とシミュレーション結果とがほぼ一致する。
【００４５】
また、本発明の実施例１によれば、モデルパラメタと整合を取りながらシミュレーションモデルを修正する必要がないので、回路シミュレーションにおけるユーザ負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例１に係る回路シミュレーション装置の構成を示す構成ブロック図である。
【図２】図１のシミュレーションモデル１０２の概略を示す概略図である。
【図３】図１の選択テーブル１０４のデータ構造を示す概略図である。
【図４】図１のプロセッサ１１によって実現される回路シミュレータの機能を示す機能ブロック図である。
【図５】図１の入力ファイル１０４の構成を示す概略図である。
【図６】図１の特性要因記述の概略を示す概略図である。
【図７】図５の特性記述１０４Ｄの概略を示す概略図である。
【図８】特性記述１０４Ｄが挿入された後の入力ファイル１０４の構成を示す概略図である。
【図９】本発明の実施例１に係る回路シミュレーションの処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】図９の特性要因読込処理（Ｓ９０２）における処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例１と従来の回路シミュレーション方法との比較結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１０  記憶部
１０１  レイアウトデータ
１０２  シミュレーションモデル
１０３  回路シミュレーションプログラム
１０４  選択テーブル
１０３Ａ  抽出手段
１０３Ｂ  読込手段
１０３Ｃ  選択手段
１０３Ｄ  変換手段
１０３Ｅ  挿入手段
１０３Ｆ  計算手段
１０４  入力ファイル
１０４Ａ  回路構成記述
１０４Ｂ  特性要因記述
１０４Ｃ  入力信号記述
１０４Ｄ  特性記述
１１  プロセッサ
１２  入力部
１３  出力部
【図１】
2010009100.tif 000003
【図２】
2010009100.tif 000004
【図３】
2010009100.tif 000005
【図４】
2010009100.tif 000006
【図５】
2010009100.tif 000007
【図６】
2010009100.tif 000008
【図７】
2010009100.tif 000009
【図８】
2010009100.tif 000010
【図９】
2010009100.tif 000011
【図１０】
2010009100.tif 000012
【図１１】
2010009100.tif 000013