一種基于數(shù)值選擇函數(shù)的半導(dǎo)體工藝角掃描仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)仿真作業(yè)中連續(xù)掃描工藝角，并以工藝角為自變量，使仿真程序輸出以器件模型在各種工藝角條件下的參數(shù)值，或仿真電路在各種工藝角條件下的性能響應(yīng)值為應(yīng)變量的波形曲線圖的掃描仿真方法，使器件模型或仿真電路在各種工藝角條件下的工藝性能偏差在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)呈現(xiàn)出來(lái)，為設(shè)計(jì)人員提供直觀的技術(shù)參照，對(duì)電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓に嚻钤O(shè)計(jì)，防止由于工藝的偏差影響而使電路出現(xiàn)致命的缺陷，大大簡(jiǎn)化了仿真程序的處理流程，提高設(shè)計(jì)人員的研發(fā)效率。
【專利說(shuō)明】一種基于數(shù)值選擇函數(shù)的半導(dǎo)體工藝角掃描仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是指一種以數(shù)值選擇函數(shù)為工具來(lái)動(dòng)態(tài)確定半導(dǎo)體器件模型參數(shù)在極限工藝角條件下的參數(shù)值，從而對(duì)半導(dǎo)體集成電路芯片的性能響應(yīng)以及集成電路器件模型的參數(shù)值隨工藝角變化而進(jìn)行掃描仿真的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體芯片仿真是在計(jì)算機(jī)上借助各種數(shù)學(xué)模型對(duì)集成制造工藝所生產(chǎn)出來(lái)的半導(dǎo)體集成電路芯片的功能和性能進(jìn)行演算、預(yù)測(cè)和驗(yàn)證的工作。其中，半導(dǎo)體芯片的模擬集成電路設(shè)計(jì)工作主要涉及處理連續(xù)時(shí)間軸上連續(xù)變化的電荷、電壓和電流等物理量的模擬電路的功能與性能的演算、預(yù)測(cè)和驗(yàn)證工作。
[0003]對(duì)模擬電路的功能與性能的演算、預(yù)測(cè)和驗(yàn)證等工作是在計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的，該仿真平臺(tái)包括幾個(gè)基本的要素:仿真測(cè)試電路(Testbench)、仿真軟件工具(Simulator)、以及仿真工藝模型(Model)。
[0004]仿真測(cè)試電路是由電路設(shè)計(jì)人員根據(jù)性能仿真的需要而搭建的由被測(cè)試電路(Device Under Test,即DUT)、激勵(lì)產(chǎn)生電路(Stimulus)和相關(guān)的信號(hào)處理電路組成的測(cè)試電路。
[0005]模擬電路的仿真軟件工具主要由電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Electronic DesignAutomation,即EDA)廠商提供，典型的商用工具軟件有美國(guó)Cadence公司的Spectre,美國(guó)Mentor Graphics公司的Eldo,以及美國(guó)Synopsys公司的Hspice等。
[0006]仿真工藝模型主要來(lái)源于半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線廠商提供的適合仿真器解析的Spice類型的器件模型。在當(dāng)今世界流行的無(wú)晶圓廠的芯片設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)模式下，芯片生產(chǎn)主要由世界上少數(shù)幾個(gè)芯片生產(chǎn)線代工廠完成，比如臺(tái)灣的TSMC(臺(tái)灣積體電路制造公司)，上海的SMIC (上海中芯國(guó)際集成電路制造公司)，臺(tái)灣的UMC (臺(tái)灣聯(lián)華電子公司)，以及注冊(cè)在阿聯(lián)酋迪拜的格羅方德GlobalFoundries等。仿真工藝模型主要由參數(shù)化的半導(dǎo)體器件數(shù)學(xué)模型組成。該參數(shù)化的數(shù)學(xué)模型模擬了在輸入?yún)?shù)條件下半導(dǎo)體器件自身的物理響應(yīng)特性，比如對(duì)于一個(gè)MOS晶體管來(lái)說(shuō)，在各個(gè)電極的偏置電壓設(shè)置成某個(gè)狀態(tài)下，某個(gè)溝道尺寸的MOS晶體管溝道將會(huì)流過(guò)多少電流。
[0007]具體運(yùn)行仿真驗(yàn)證的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員需要首先圍繞這個(gè)仿真平臺(tái)設(shè)置仿真工藝模型，即比如選取某個(gè)合適的工藝器件模型，才能繼而進(jìn)行仿真。而模擬集成電路除了關(guān)注集成電路性能在典型工藝條件下的響應(yīng)結(jié)果，更需要從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度關(guān)注該集成電路在各種工藝參數(shù)波動(dòng)的極限情況下的性能響應(yīng)及統(tǒng)計(jì)學(xué)分布，即良率的問(wèn)題。作為業(yè)界的普遍做法，各代工廠開(kāi)發(fā)各自半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線的仿真模型的時(shí)候，都將模型分別按照各極限條件組合成的若干個(gè)極限工藝角(corner)，比如常規(guī)的復(fù)合金屬-氧化層-硅襯底工藝，即常說(shuō)的CMOS工藝的組合方法有典型工藝(typical)，極快工藝(fast_N fast-P),極慢工藝(slow-N slow-P),快慢工藝(fast-N slow-P)和慢快工藝(slow-N fast-P),后面四個(gè)極限工藝分別對(duì)應(yīng)于不同程度的N型雜質(zhì)摻雜和P型雜質(zhì)摻雜所造成的工藝集成電路器件模型的參數(shù)波動(dòng)。故而在設(shè)置仿真模型的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員需要分別調(diào)入對(duì)應(yīng)于這些針對(duì)工藝角而組合成的參數(shù)值，進(jìn)而器件仿真模型就被設(shè)置成了該工藝角的模型。到目前為止，業(yè)界的通常做法是每次置換工藝角的時(shí)候，在設(shè)計(jì)工具中需要手動(dòng)調(diào)用每個(gè)工藝角的參數(shù)組，才能進(jìn)行數(shù)值仿真。在每次仿真之前需要進(jìn)行工藝角參數(shù)組設(shè)置，才能針對(duì)不同的工藝角分別運(yùn)行數(shù)值仿真。這樣的做法有著效率低下的問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員需要耗費(fèi)繁瑣的精力來(lái)逐個(gè)仿真各個(gè)工藝角條件下的結(jié)果，影響了產(chǎn)品研發(fā)的進(jìn)度。
[0008]同時(shí)，上述的仿真方法為在各種工藝角條件下，分別對(duì)各個(gè)需要驗(yàn)證的性能指標(biāo)進(jìn)行模擬演算，得到以仿真設(shè)置所定義的自變量(如溫度、時(shí)間、電流等)為橫坐標(biāo)，以仿真設(shè)置所選取的電路性能響應(yīng)值應(yīng)變量(如阻抗、增益、帶寬、噪聲等)為縱坐標(biāo)的波形曲線圖。由于各種工藝角條件下所得出的波形曲線圖各不相同，為了比較分析同一應(yīng)變量在各種工藝角條件下的響應(yīng)值差別，需要將同種應(yīng)變量響應(yīng)曲線圖疊加至同一坐標(biāo)系內(nèi)，從相同自變量的某一個(gè)相同數(shù)值所對(duì)應(yīng)的不同工藝角的該同種應(yīng)變量曲線上取點(diǎn)，然后再建立以工藝角為橫坐標(biāo)，以應(yīng)變量響應(yīng)值為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系，將各種工藝角條件下的該應(yīng)變量響應(yīng)值分別在該坐標(biāo)系內(nèi)描點(diǎn)，從而得出所選取的應(yīng)變量隨著工藝角變化的曲線圖。
[0009]上述的數(shù)據(jù)整合、處理、分析不但需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，而且需要強(qiáng)大的內(nèi)存硬件支持，因此，往往成為設(shè)計(jì)進(jìn)度的一大瓶頸，成為一個(gè)設(shè)計(jì)方法學(xué)上的缺陷。
[0010]Cadence公司的模擬集成電路仿真軟件工具中提供了能夠調(diào)用和控制仿真器(t匕如Spectre)的腳本語(yǔ)言O(shè)CEAN。OCEAN在仿真器和設(shè)計(jì)任務(wù)之間提供了一個(gè)簡(jiǎn)單易用的腳本環(huán)境，比如在一個(gè)腳本文件里面可以依次設(shè)置仿真器，仿真數(shù)據(jù)存放的路徑，仿真模型文件名，仿真分析和線路設(shè)計(jì)參數(shù)等，就可以直接啟動(dòng)仿真作業(yè)完成設(shè)計(jì)目的。其中OCEAN的循環(huán)語(yǔ)句可以直接用來(lái)依次置換工藝角需要的器件模型文件，以達(dá)到對(duì)不同工藝角的性能進(jìn)行仿真的目的。
[0011 ] OCEAN腳本的本質(zhì)還是依次啟動(dòng)不同的仿真作業(yè)分別運(yùn)行各個(gè)工藝角的仿真，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)一定要分別放在不同的文件路徑中，否則會(huì)被同名覆蓋而保存不到最后產(chǎn)生曲線和數(shù)據(jù)分析的那一步。因?yàn)檫_(dá)到了自動(dòng)啟動(dòng)的目的，用這個(gè)方法可以提高仿真效率，但是仍然不是在同一個(gè)仿真作業(yè)中完成對(duì)各個(gè)工藝角的仿真，所以未能達(dá)到在同一個(gè)曲線圖中以工藝角為橫軸繪制某個(gè)應(yīng)變量響應(yīng)數(shù)值的目的。
[0012]作為業(yè)界領(lǐng)先的EDA方案提供商，Cadence公司的Virtuoso模擬集成電路仿真平臺(tái)提供了圖形化界面Analog Artist仿真環(huán)境。在此圖形界面中，不同的工藝角以用戶定義的設(shè)計(jì)變量的形式與其它設(shè)計(jì)變量一同排列在表格中；代工廠提供的工藝角文件還可以和其它數(shù)值取為極端情況的設(shè)計(jì)變量組合成新的工藝角。雖然與前述使用OCEAN腳本的技術(shù)表面上是不同的實(shí)施方式，這個(gè)方法的本質(zhì)還是僅僅解決了各個(gè)工藝角仿真的自動(dòng)化啟動(dòng)問(wèn)題，而各個(gè)工藝角之間是不能以掃描的方式在同一個(gè)仿真里面調(diào)用到的，也即不能在同一個(gè)以工藝角為自變量的坐標(biāo)系下得到某應(yīng)變量響應(yīng)值曲線。
[0013]運(yùn)用不同的腳本(script)技術(shù)連接本來(lái)不是連續(xù)運(yùn)行的仿真作業(yè)成為一個(gè)業(yè)界提升仿真效率的做法。到目前為止的各種腳本技術(shù)都是簡(jiǎn)單的從作業(yè)連續(xù)啟動(dòng)的角度解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)協(xié)調(diào)等待等方式連續(xù)啟動(dòng)仿真作業(yè)，還不能從根本上解決在一個(gè)仿真作業(yè)中連續(xù)掃描工藝角的問(wèn)題；而只有通過(guò)在同一個(gè)仿真作業(yè)中掃描各個(gè)工藝角，才有可能在同一張曲線圖中，以工藝角為自變量橫軸繪制出需要的應(yīng)變量響應(yīng)隨工藝角變化的曲線。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有針對(duì)半導(dǎo)體工藝角仿真的方法速度慢、效率低的不足，提供一種基于數(shù)值選擇函數(shù)的半導(dǎo)體工藝角掃描仿真方法，以達(dá)到在同一個(gè)仿真作業(yè)中針對(duì)不同的工藝角進(jìn)行掃描，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以直接以工藝角為橫坐標(biāo)繪制曲線的目的。
[0015]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為:
[0016]一種基于數(shù)值選擇函數(shù)的半導(dǎo)體工藝角掃描仿真方法，包括如下步驟:
[0017](I)定義數(shù)值選擇函數(shù)，所述數(shù)值選擇函數(shù)中，以代表工藝角的自然數(shù)為第一自變量，以半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線廠商的器件模型在所列舉的工藝角條件下的參數(shù)值為其余自變量，且所述半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線廠商的器件模型在所列舉的工藝角條件下的參數(shù)值為待返回的函數(shù)數(shù)值，即:
[0018]器件模型參數(shù)值=f (工藝角自然數(shù)，參數(shù)值1，參數(shù)值2，…，參數(shù)值n)，
[0019]其中等式右邊的函數(shù)“f”為數(shù)值選擇函數(shù)，所述數(shù)值選擇函數(shù)的返回值根據(jù)第一自變量的取值進(jìn)行選擇操作，操作得到的數(shù)值經(jīng)等號(hào)“=”被賦予等式左邊的器件模型參數(shù)；
[0020](2)將上述數(shù)值選擇函數(shù)中的第一自變量，即工藝角自然數(shù)，作為用戶設(shè)定的設(shè)計(jì)變量加入至仿真程序掃描設(shè)置中，運(yùn)行仿真程序并在仿真中逐個(gè)掃描所述工藝角自然數(shù)的數(shù)值；
[0021](3)仿真輸出以所述工藝角自然數(shù)為自變量，以器件模型在該工藝角下的參數(shù)值，或仿真電路在該工藝角下的性能響應(yīng)值為應(yīng)變量的波形曲線圖。
[0022]本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)以工 藝角為自變量，使仿真程序輸出以器件模型在各種工藝角條件下的參數(shù)值，或仿真電路在各種工藝角條件下的性能響應(yīng)值為應(yīng)變量的波形曲線圖，使器件模型或仿真電路在各種工藝角條件下的工藝性能偏差在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)呈現(xiàn)出來(lái)，為設(shè)計(jì)人員提供直觀的技術(shù)參照，大大簡(jiǎn)化仿真程序的處理流程，提高設(shè)計(jì)人員的研發(fā)效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1是本發(fā)明基于數(shù)值選擇函數(shù)的半導(dǎo)體工藝角掃描仿真方法的一種實(shí)施方式流程圖；
[0025]圖2是本發(fā)明所述數(shù)值選擇函數(shù)的流程框圖；
[0026]圖3是運(yùn)用本發(fā)明基于數(shù)值選擇函數(shù)的半導(dǎo)體工藝角掃描仿真方法得出的以工藝角為自變量的波形曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028]本發(fā)明所述一種基于數(shù)值選擇函數(shù)的半導(dǎo)體工藝角掃描仿真方法，如圖1所示，該方法包括如下步驟:
[0029](I)定義數(shù)值選擇函數(shù)，所述數(shù)值選擇函數(shù)中，以代表工藝角的自然數(shù)為第一自變量，以半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線廠商的器件模型在所列舉的工藝角條件下的參數(shù)值為其余自變量，且所述半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線廠商的器件模型在所列舉的工藝角條件下的參數(shù)值為待返回的函數(shù)數(shù)值，即:
[0030]器件模型參數(shù)值=f (工藝角自然數(shù)，參數(shù)值1，參數(shù)值2，…，參數(shù)值n)，
[0031]其中等式右邊的函數(shù)“f”為數(shù)值選擇函數(shù)，所述數(shù)值選擇函數(shù)的返回值根據(jù)第一自變量的取值進(jìn)行選擇操作，操作得到的數(shù)值經(jīng)等號(hào)“=”被賦予等式左邊的器件模型參數(shù)；
[0032](2)將上述數(shù)值選擇函數(shù)中的第一自變量，即工藝角自然數(shù)，作為用戶設(shè)定的設(shè)計(jì)變量加入至仿真程序掃描設(shè)置中，運(yùn)行仿真程序并在仿真中逐個(gè)掃描所述工藝角自然數(shù)的數(shù)值；
[0033](3)仿真輸出以所述工藝角自然數(shù)為自變量，以器件模型在該工藝角下的參數(shù)值，或仿真電路在該工藝角下的性能響應(yīng)值為應(yīng)變量的波形曲線圖。
[0034]所述數(shù)值選擇函數(shù)以代表工藝角的自然數(shù)為第一自變量，以代表半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線廠商的器件模型在所列舉的工藝角條件下的參數(shù)值為其余自變量，本發(fā)明以傳統(tǒng)的典型工藝、極快工藝、極慢工藝、快慢工藝和慢快工藝五種不同的工藝角為實(shí)施例，則該數(shù)值選擇函數(shù)包括六個(gè)自變量，即工藝角自然數(shù)，參數(shù)值1，參數(shù)值2，參數(shù)值3，參數(shù)值4，參數(shù)值
5。其中，設(shè)定函數(shù)的第一自變量為自變量參數(shù)關(guān)鍵字，比如corner_number，第二自變量，即參數(shù)值1，為典型工藝角(即TT)下的器件參數(shù)值，第三自變量，即參數(shù)值2，為極快工藝角(即FF)下的器件參數(shù)值，第四自變量，即參數(shù)值3，為極慢工藝角(即SS)下的器件參數(shù)值，第五自變量，即參數(shù)值4，為快慢工藝角(即FNSP)下的器件參數(shù)值，第六自變量，即參數(shù)值5，為慢快工藝角(即SNFP)下的器件參數(shù)值。
[0035]為使所述以工藝角為自變量，和以半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線廠商的器件模型在所列舉的工藝角條件下的參數(shù)值成更加直觀的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，在本發(fā)明所述步驟(I)之后，將半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線廠商所提供的器件模型文件中的工藝參數(shù)在工藝角下的參數(shù)名和參數(shù)值代入步驟(I)中已經(jīng)定義好的數(shù)值選擇函數(shù)，生成以工藝角類型和各器件模型的工藝參數(shù)在該工藝角類型下的參數(shù)值一一對(duì)應(yīng)的二維表格式函數(shù)組。在該二維表格式函數(shù)組中，將代表工藝角的自然數(shù)，以及各器件模型在各種工藝角類型下的參數(shù)值，即函數(shù)值的取值作為列向，其代表著所述數(shù)值選擇函數(shù)的自變量；將各器件模型參數(shù)作為橫向。該表格經(jīng)轉(zhuǎn)換軟件工具以特定的打印格式輸出成文本文件，即形成了仿真器可以直接讀取的仿真掃描與數(shù)值選擇文本文件，如下所示。
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)值選擇函數(shù)的半導(dǎo)體工藝角掃描仿真方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)定義數(shù)值選擇函數(shù)，所述數(shù)值選擇函數(shù)中，以代表工藝角的自然數(shù)為第一自變量，以半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線廠商的器件模型在所列舉的工藝角條件下的參數(shù)值為其余自變量，且所述半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線廠商的器件模型在所列舉的工藝角條件下的參數(shù)值為待返回的函數(shù)數(shù)值，即: 器件模型參數(shù)值=f (工藝角自然數(shù)，參數(shù)值1，參數(shù)值2，…，參數(shù)值n)， 其中等式右邊的函數(shù)“f”為數(shù)值選擇函數(shù)，所述數(shù)值選擇函數(shù)的返回值根據(jù)第一自變量的取值進(jìn)行選擇操作，操作得到的數(shù)值經(jīng)等號(hào)“=”被賦予等式左邊的器件模型參數(shù)； (2)將上述數(shù)值選擇函數(shù)中的第一自變量，即工藝角自然數(shù)，作為用戶設(shè)定的設(shè)計(jì)變量加入至仿真程序掃描設(shè)置中，運(yùn)行仿真程序并在仿真中逐個(gè)掃描所述工藝角自然數(shù)的數(shù)值； (3)仿真輸出以所述工藝角自然數(shù)為自變量，以器件模型在該工藝角下的參數(shù)值，或仿真電路在該工藝角下的性 能響應(yīng)值為應(yīng)變量的波形曲線圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)值選擇函數(shù)的半導(dǎo)體工藝角掃描仿真方法，其特征在于，在所述步驟(I)之后，將半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)線廠商所提供的器件模型文件中所有與工藝角相關(guān)的器件參數(shù)名和參數(shù)值分別代入步驟(I)所定義的數(shù)值選擇函數(shù)中，形成一個(gè)二維表格式數(shù)值選擇函數(shù)組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)值選擇函數(shù)的半導(dǎo)體工藝角掃描仿真方法，其特征在于，所述數(shù)值選擇函數(shù)的第一自變量為自變量參數(shù)關(guān)鍵字。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)值選擇函數(shù)的半導(dǎo)體工藝角掃描仿真方法，其特征在于，所述數(shù)值選擇函數(shù)的其余自變量為參數(shù)值1，參數(shù)值2，參數(shù)值3，參數(shù)值4和參數(shù)值5,其中，第二自變量，即參數(shù)值1，為典型工藝角下的器件參數(shù)值，第三自變量，即參數(shù)值2，為極快工藝角下的器件參數(shù)值，第四自變量，即參數(shù)值3，為極慢工藝角下的器件參數(shù)值，第五自變量，即參數(shù)值4，為快慢工藝角下的器件參數(shù)值，第六自變量，即參數(shù)值5，為慢快工藝角下的器件參數(shù)值。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103440391SQ201310420148
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】吳邊 申請(qǐng)人:卓捷創(chuàng)芯科技（深圳）有限公司