***** 1 - MES conference

ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦЕНТР
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ им. Ю.Е. Седакова
ПРЕДПРИЯТИЕ
«РОСАТОМ»
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ
ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
«КОМПАКТНАЯ SPICE-МОДЕЛЬ
КНИ МОП-ТРАНЗИСТОРА
ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СПЕЦСТОЙКИХ СБИС
С ПРОЕКТНЫМИ НОРМАМИ 0.35 МКМ»
Инженер-технолог
НИО 29300
Мокеев Александр Сергеевич
Научный руководитель:
начальник НИО 29300
Ятманов Александр Павлович
1
г. Нижний Новгород, 2014г.
SPICE-МОДЕЛЬ. НАЗНАЧЕНИЕ
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
SPICE-модель:
 Математическая
модель,
основанная
на
системе
дифференциальных
уравнений,
которая
описывает
поведение прибора относительно его внешних выводов
Назначение:
 САПР сквозного проектирования ИС. Замещение компонента
электрической цепи с целью ее машинного моделирования
Схемотехническое моделирование
ИС
SPICE-модель
компонента
net-лист
SPICE-модели
2
2
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
Особенности разработки спецстойкой ИС:
 Оценка уровня радиационной стойкости ИС на этапе
моделирования электрической схемы
 Необходимое условие: наличие SPICE-моделей
элементов ИС с учетом радиационных эффектов
Существующие проблемы:
 Стандартные
SPICE-модели
не
позволяют
моделировать радиационные эффекты, возникающие
при воздействии ионизирующего излучения
Решение:
3
 Для решения задач МВЦ НИИИС по проектированию
и изготовлению спецстойкой ЭКБ была необходима
разработка SPICE-моделей с учетом
воздействия спецфакторов
3
ЦЕЛИ и ЗАДАЧИ
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
Цель работы:
 Исследование и разработка компактных SPICE-моделей КНИ
МОПТ с учетом стационарного и импульсного воздействия ИИ
Задачи:
 Исследование структуры и методов модификации SPICE-моделей
 Разработка SPICE-моделей КНИ МОПТ с учетом рад. эффектов.
Экстракция параметров моделей средствами САПР IC-CAP
 Апробация разработанных SPICE-моделей. Моделирование
оценочной СБИС в условиях воздействия спецфакторов.
4
4
НОВИЗНА РАБОТЫ. ПРИМЕНЕНИЕ
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
Научная новизна:
 Альтернативный подход к моделированию:
• радиационно-индуцированных токов утечки КНИ МОПТ;
• областей паразитной емкости в КНИ МОПТ.
Преимущество: высокая вычислительная эффективность
SPICE-модели, по сравнению с существующими аналогами
Практическая значимость:
 SPICE-модели включены в промышленную САПР Cadence, и
совместимы с симуляторами Spectre, UltraSim
 Возможно проектирование КМОП КНИ СБИС с проектными
нормами до 0.15 мкм, стойкостью к факторам 7.И6, 7.И7
5
5
Способы модификации SPICE-моделей
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
1. Формирование
макромодели
2. Радиационно-зависимые параметры
макромодели задаются в виде уравнений:
7.И7
7.И6
6
6
Повышение вычислительной эффективности
модифицированной SPICE-модели КНИ МОПТ
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
A
H
R
pdbcp (psbcp) – периметр области паразитной
емкости p-n перехода карман/сток(исток), м
agbcp – площадь области паразитной емкости
перекрытия карман/затвор, м2
Время моделирования ВАХ КНИ n-МОПТ А-типа
7
Вариант SPICE-модели
BSIMSOI3.2
BSIMSOI3.2 + радиационные параметры
BSIMSOI3.2 + радиационные параметры
+ 2 дополнительных МОПТ (MOS3)
BSIMSOI3.2 + 2 паразитных МОПТ
(BSIMSOI3.2 )
T, мс
12.02
12.12
ΔT, %
+ 0.8
13.3
+10.6
14.9
+24
7
Модификация стандартной
SPICE-модели КНИ МОПТ
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
Методика:
1.
В
net-лист
модели
в
качестве
дополнительного
параметра
устройства
вводится
пользовательский параметр
характеристики СФ
parameters
+ w = 3.5u
+ dose = 0
l = 0.35u
...
2. Определяется зависимость параметра модели
от характеристики СФ: P (dose)
3. Выбирается аппроксимирующая функция для
этой зависимости:
f(dose) = a + b*exp(c*dose)
4.
В
net-листе
параметр
радиационно-зависимый
модели
выражается
через
...
+a=0 b=0
c=0
аппроксимирующую функцию,
model a_nmos bsimsoi
а ее коэффициенты вводятся в качестве
+ P = a + b*exp(c*dose)
дополнительных радиационных параметров
8
8
Методика экстракции параметров
модифицированных SPICE-моделей
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
Входные
данные
Процесс
экстракции
Выходные
данные
SPICE:
 DC
 CV
 TEMP
 RAD
9
Методы экстракции:
 алгоритмы оптимизации IC-CAP;
 функции экстракции IC-CAP;
 программы расчета параметров на языке PEL
 Определяется зависимость параметра модели от
характеристики СФ: P (dose)
 Проводится аппроксимация зависимости
выбранной функцией
f(dose) = 0.54 + 0,228 *exp(-5.43e-6 *dose)
 Радиационным параметрам модели
присваиваются значения соответствующих
коэффициентов аппроксимирующей функции.
parameters
+ w = 3.5u
l = 0.35u
+ dose = 0
+ a = 0.54 b = 0,228 c = -5.43e-6
model a_nmos bsimsoi
+ vth0 = a + b*exp(c*dose)
9
Автоматизация измерений ЭФХ
модельных тестовых структур
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
Разработаны программы для САПР IC-CAP по автоматизации процесса
измерений ЭФХ модельных тестовых структур
позволяют автоматически:
•
задавать электрические
измерений;
режимы
•
измерять весь набор ЭФХ всех ТС
модуля;
•
сохранять
результаты в удобном
10
для экстракции формате (.mdm)
10
Экстракция параметров модифицированных
SPICE-моделей КНИ МОПТ
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
ЭФХ КНИ n-МОПТ А-типа
7.И7 :
7.И6 :
 Погрешность моделирования: ≤ 15%
 Уравнения, описывающие
радиационные эффекты:
 Радиационные параметры
SPICE-модели КНИ n-МОПТ А-типа:
Параметр
Значение
Параметр
Значение
Параметр
Значение
11
F1
-94.8х10-3
P1
1х10-15
IMP1
4.92х10-6
F2
7.2х106
A
0.461
IMP2
2.4х103
F3
0.698
B
0.228
F4
11.3х10-6
C
0.184
11
Моделирование КМОП КНИ СБИС
статического ОЗУ
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
Цель - оценка корректности разработанных SPICE-моделей и их
пригодности
для определения уровня стойкости СБИС к
воздействию внешних факторов на этапе схемотехнического
моделирования
СБИС СОЗУ
D/Dmax
0
0.25
0.5
0.75
1
Динамический ток потребления
ICCO, мА
Результаты
Техническое
моделирования
требование
22.6
30.2
72.7
40
126.9
1628.6
Схемотехническое моделирование показало низкий уровень
стойкости СБИС СОЗУ к фактору 7.И7 - (0.25-0.3). Результаты
моделирования помогли выявить слабые места в конструкции
микросхемы и применить технические решения по повышению
ее спецстойкости.
12
12
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ»
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Инженер-технолог
НИО «Проектирования технологий кристального производства»
ФГУП «ФНПЦ НИИИС им. Ю.Е. Седакова»,
г. Нижний Новгород
Мокеев Александр Сергеевич
Тел.: 8 (831) 4-69-56-51
mokeev.alexander@gmail.com
13
13