Application Note HiSIM_HVのためのUTMOST III ローカル・オプティマイゼーション のテンプレート はじめに HiSIM_HV SPICE コ ン パ ク ト・ モ デ ル が Compact Model Council (CMC) の 2008 年 12 月の定 例 会 議で標 準モ デ ルと して選 定されました。それ以 前より、複 数の UTMOST III ユー ザから Simucadへ、UTMOST III を使 用したパラメータ抽 出の 要 望が寄せられていました。もちろん、UTMOST IV オ プ ティ マイズ・モジュールを使 用すると、HiSIM_HV モデル・パラメー タの自 動 抽 出が可 能ですが、UTMOST III 用のローカ ル・オ プ ティマイゼーション・ストラテジは、そういったユーザの要 望に 応えるために開 発されました。UTMOST III での HiSIM_HV の パラメータ抽出は、UTMOST IV とは異なり、直 接 的なアプロー チでない場合もあるので、UTMOST III ユーザは、ストラテジの 背 後にある手 法を理 解する必 要があるでしょう。UTMOST III のラバーバンド・アルゴリズムは、UTMOST III オプティマイザ で正確なフィッティングを求めることが困 難なときに、モデル・ パラメータの振る舞いを検 証する最 適な機 能です。 本稿では、HiSIM_HV バージョン 1.0.2のためのUTMOST III ローカル・オプティマイゼーションのテンプレートについて詳 細に説明します。 測定データ要件 通常の測定データ(線形および飽和領域におけるIds/Vdsおよ びIds/Vgs)に、いくつかのドレイン電圧値におけるIds/Vgs 曲線を追加することで、HiSIM_HVモデル・パラメータ抽出 を確実なものにします。HiSIM_HVモデル開発の主目的であ る、LDMOSやドレイン拡張MOS (XDMOS)などの高耐圧ア プリケーション用デバイスは、強い擬似飽和効果、高ゲート電 圧領域におけるトランスコンダクタンスの低減、および自己 発熱効果などの特性を示します。これらの領域をカバーする ようにIds/Vgsに対してドレイン電圧条件を選択する必要があ ります。 UTMOST III 25.1.1.C以降のバージョンには、この目的のために AL_IDVGBという新しい抽出ルーチンが導入されています。AL_ IDVGBデータは、主としてHiSIM_HVパラメータのオプティマイ ゼーション用に使用します。ALL_DC Ids/Vds曲線は、最終オプ ティマイゼーション・ステップ段階で使用します。 ます。分離されたソースとボディ・コンタクトを有するテスト構造 が、HiSIM_HVパラメータ抽出に適しています。それは、正確な基 板濃度パラメータをこのパラメータ抽出が必要としているからで す。 ローカル・オプティマイゼーション・ストラテジ BSIM3 や BSIM4 モデルと異なり、HiSIM_HV モデルの初期パ ラ メータ・セットに対する直 接 的な抽 出ルーチ ンは今のところ 存 在しません。NSUBC や VFBC といった基 本 的なパ ラ メータ の初 期 値は Cgg 容 量 特 性によって決めることが可 能で、パ ラ メータ範 囲は初 期 値の周 辺に適 切に定 義されます。 各ローカル・オプティマイゼーション・ストラテジの名称は、い くつかのアンダースコア ( _ ) を使 用して区 切られ、ターゲット 特 性、バイアス領 域、形 状を示します。 ストラテジ #61 idvg_lvd_lvg_large_hisimhv 図 1、2、3 は、それぞれストラテジ定 義、ターゲット選択、形状 選 択 画 面を示しています。このストラテジは、large デバイスに おける低 Vds 時および低 Vgs 時の Ids/Vgs 用のものです。 図 1 の 最 初 の 2 つ の 横 列 は、 基 板 パ ラ メ ー タ NSUBC と VFBC、およびクーロン散 乱による低 電 界 移 動 度パラメータ用 です。ターゲットのド レ イ ン電 流は、強 反 転の始まり前後です ( 図 2)。NSUBC と VFBC を決 定するボ ディ・バ イ ア ス効 果 用 にスイープの始まりと終わりが定 義される必 要があります。 図 1 の 3 番 目と 4 番 目の横 列は、フォノ ンとサーフェス・ラ フ ネスによる低 電 界 移 動 度パラメータ用です。ターゲットのドレ イ ン電 流は、電 流の中 央 値からほぼ最 大 値までの範 囲です (図 2)。図 1 の 5 番目の横列は、1 番目の横列のパラメータに加えて、 ドリフト抵 抗のボディ・バイアス依 存 性を含めています。ター ゲット電 流は、1 番 目の横 列と同じ値です。図 3 の形状選択で は、すべての横 列に対して large デバイスの低いドレイン・デー タを選 択します。 LDMOSデータ・セットは、チャネル長が固定され、ボディ・コン タクトはソース端子にショートされているために、柔軟性に欠け Application Note 1-016 Page 1 ストラテジ #61 のパラメータ・セットは、HiSIM_HV コアモデ ルで構成されます。NSUBC、VFBC、および低 電 界 移 動 度パラ メータは、モデルの振る舞いの基 盤を構 築します。 図１: ストラテジ#61のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジの定義画面 図２: ストラテジ#61のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジのターゲット選択画面 図 4 の 1 番 目から 3 番 目までの横 列は、HiSIM_HV モ デ ル 方 程 式とデ フォル ト・パ ラ メータ値から導き出されています。 RDSLP1、RDICT1、RDSLP2 および RDICT2 は、それぞれ 0、1、 1 および 0 のデ フォル ト値を持ちます。RDVG11 と RDVG12 は、それぞれ 0 と 100 を、LDRIFT1 と LDRIFT2 は、同じ値 1E-6 を持ちます。1 番 目の横 列のパ ラ メータは、LDRIFT1 と LDRIFT2 の有 限 値のもとで得ることが可 能です。というのも、 方 程 式が LDRIFT1 および LDRIFT2 の乗 算だからです。4 番 目と 5 番 目の横 列は、1 番 目と 2 番 目の横 列で得られた初 期 ドリフト抵 抗パラメータを修 正するためのものです。ターゲッ トのドレイン電 流は、図 5 のように中 央 領 域 以 上です。図６の 形 状 選 択 画 面では、同 一デバイスで、異なる低ドレイン電圧値 を持つ 2 つのデバイスを選 択します。 図４: ストラテジ#62のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジの定義画面 図３: ストラテジ#61の ローカル・オプティマ イゼーション・ストラ テジの形状選択画面 図５: ストラテジ#62のターゲット選択画面 図６: ストラテジ#62の 形状選択画面 ストラテジ #62 idvg_lvd_hvg_large_hisimhv このストラテジでは、Ids/Vgsに対する低いドレイン・バイアス・ データを使用して、ドリフト領 域の抵 抗パラメータの初 期 値を 得ます。 図 4、5、6 は、それぞれストラテジ定 義、ターゲット選 択、形 状 選択画面を示しています。このストラテジは、large デバイスに おける、低 Vds時および高 Vgs 時の Ids/Vgs 用のものです。 Page 2 Application Note 1-016 ス ト ラ テ ジ #63 idvg_hvd_large_hisimhv-1 図 7、8、9 および 10 は、それぞれストラテジ定 義、ターゲット 選択、および 2 つの形 状 選 択 画 面を示しています。このストラ テジは、largeデバイスにおける高 Vds時の Ids/Vgs用のもので、 高 電 界 移 動 度パ ラ メータを決 定することを目 的にしています。 図 7 の 1 番目の横 列は、高 電 界 移 動 度パ ラ メータに関 連して います。BBパラメータはオプションで、HiSIM2 マニュアルに、 値を固 定する方 法について説 明があります。2 番 目の横 列では、 高ドレイン電圧用に XLDLD パラメータが使 用されていますが、 これもオプションです。ただし、XLDLD を介して有 効チャネル 長を変更する場合は、いくつかのド レ イ ン電 圧データ・セット が必要になります。3 番 目の横 列では、低 電 界 移 動 度パラメー タを再び取り上げています。望むのであれば、省くことも可 能 です。 定 義 画 面の 1 番 目と 2 番 目の横 列に対しては、図 9 のように 高ド レ イ ン電 圧のデータ・セットを選 択します。3 番 目の横 列 に対しては、すべてのド レ イ ン・バ イ ア ス条 件を含めるように 選択したほうがよいでしょう。 図７: ストラテジ#63のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジの定義画面 ス ト ラ テ ジ #64 idvg_hvd_large_hisimhv-2 図 11、12、13 は、それぞれス ト ラ テ ジ定 義、ターゲット 選 択、 形 状 選 択 画 面 を 示 し て い ま す。こ の ス ト ラ テ ジ は、 large デ バ イ ス に お け る 高 Vds 時 の Ids/Vgs 用 の も の で す。 ス ト ラ テ ジは HiSIM_HV で使 用されているすべてのド リ フ ト 抵 抗パ ラ メータ用です。1 番 目の横 列は、#62: idvg_lvd_hvg_ large_hisimhv ( 低いドレイン・バイアスのデータ・セット用 )で 得た初 期パラメータ値を変 更するためのものです。ストラテジ #64 では、すべてのドレイン・バイアス・データを選 択する必要 があります。2 番 目の横 列は、ドリフト抵 抗のドレイン電圧依 存 性に対してです。 図１１: ストラテジ#64のローカル・オプティマイゼーショ ン・ストラテジの定義画面(下に続く) 図１２: ストラテジ#64のローカル・オプティマイゼーショ ン・ストラテジの定義画面 図８: ストラテジ#63のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジのターゲット選択画面 図１３: ストラテジ#64のローカル・オプティマイゼーショ ン・ストラテジのターゲット選択画面 図14: ストラテジ#64のローカ ル・オプティマイゼーション・ ストラテジの形状選択画面 図9: ストラテジ#63のロー カル・オプティマイゼーショ ン・ストラテジの形状選択画 面 (横列1と2用) Application Note 1-016 図10: ストラテジ#63のロー カル・オプティマイゼーショ ン・ストラテジの形状選択画 面 (横列3用) Page 3 ストラテジ #65 idvg_lvd_lvg_larray_hisimhv ストラテジ#66 idvg_lvd_hvg_larray_hisimhv 図 15、16、17 は、それぞれストラテジ定 義、ターゲット選 択、 形状選択画面を示しています。このストラテジは、length アレ イ・デバイスにおける低 Vds 時の Ids/Vgs 用のもので、スケー ラブルなモデル・パラメータ用です。このストラテジで使 用さ れるパラメータは、HiSIM2 モデルと共 通です。 図 18、19、20 および 21 は、それぞれストラテジ定義、ターゲッ ト選 択、および形 状 選 択 画 面を示しています。このストラテジ は、length アレイ・デバイスにおける低 Vds 時および高 Vgs時 の Ids/Vgs 用のもので、ス ケーラ ブ ルなモ デ ル・パ ラ メータ用 です。 1番目と2番目の横列は、短チャネル・モデルのパラメータで す。LPとNSUBPでは、デフォルト値はそれぞれ0および1e17 ですが、両方の感度は非常に異なるので、別々にオプティマイ ズするべきでしょう。 パラメータ定 義 画 面では、多 数のパラメータが定 義されていて、 一見複雑そうに見えます。低電界移動度のチャネル長依存性を、 最初の横列でオプティマイズします。それから、2 番目の横列で、 低 電 界 移 動 度のチャネ ル長 依 存 性と共に、ド リ フ ト抵抗パ ラ メータがオプティマイズされます。というのも、Ids/Vgsの低ド レイン電 圧 領 域では、低 電 界 移 動 度とドリフト抵 抗効果の境 界が明 確に定 義できないからです。 ターゲットのドレイン電流は、強反転の始まり前後です(図16)。 短チャネル・パラメータ用の形状は、低ドレイン電圧下におけ るlengthアレイ・デバイスを選択します(図17)。 3 番 目と 4 番 目の横 列は、ドリフト抵 抗パラメータの改善を目 的としています。3 番 目の横 列の RD と RS の影 響が強すぎて、 ドリフト抵抗パラメータの効果を無効にする可能性があります。 結 果が期 待していたものとかけ離れている場 合は、UTMOST III のラバーバンドでの調 査を推 奨します。 ターゲットのド レ イ ン電 流は、電 流の中 央 値から最 大 値まで の範 囲です ( 図 20)。 図15: ストラテジ#65のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジの定義画面 形 状 選 択では、低ドレイン電 圧 下における length アレイ・デバ イスを選 択します ( 図 21)。 図16: ストラテジ#65のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジのターゲット選択画面 図18: ストラテジ#66のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジの定義画面(下に続く) 図17: ストラテジ#65の ローカル・オプティマ イゼーション・ストラ テジの形状選択画面 図19: ストラテジ#66のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジの定義画面 Page 4 Application Note 1-016 図22: ストラテジ#67のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジの定義画面 図20: ストラテジ#66のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジのターゲット選択画面 図21: ストラテジ#66の ローカル・オプティマ イゼーション・ストラ テジの形状選択画面 図23: ストラテジ#67のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジのターゲット選択画面 図24: ストラテジ#67の ローカル・オプティマ イゼーション・ストラ テジの形状選択画面 ストラテジ #67 idvg_hvd_lvg_larray_hisimhv 図 22、23、24 は、それぞれストラテジ定義、 ターゲット選択、お よび形状選択画面を示しています。このストラテジは、length アレイ・デバイスにおける高 Vds時および低 Vgs時の Ids/Vgs 用のもので、スケーラブルなモデル・パラメータ用です。 1番目の横列のパラメータは、チャネル長におけるIds/Vgsの変 化を制御します。2番目の横列のパラメータは、高電界移動度 用です。XLDLDはlengthアレイ・デバイス用に再びオプティマ イズされます。それは、largeデバイスよりもsmallデバイスの 方が、より正確な値を必要とするからです。 1番目と2番目の横列に対するターゲットのドレイン電流は、強 反転の始まり前後で、それぞれ電流の中央値から最大値までの 範囲です(図23)。 形状選択では、すべてのドレイン・バイアス条件のlengthアレ イ・デバイスを選択します(図24)。 Application Note 1-016 ストラテジ #68 idvg_hvd_hvg_larray_hisimhv 図 25、26、27 および 28 は、それぞれストラテジ定義、ターゲッ ト選 択、および形 状 選 択 画 面を示しています。このストラテジ は、length アレイ・デバイスにおける高 Vds 時および高 Vgs時 の Ids/Vgs 用のもので、ス ケーラ ブ ルなモ デ ル・パ ラ メータ用 です。 このストラテジで定 義されるパラメータは、高 電 界 移動度パラ メータに加えて、ド リ フ ト領 域の抵 抗パ ラ メータです。RD20、 RD21、RD23 などのドリフト抵 抗パラメータを追 加して使用 することも可 能です。 ターゲットのド レ イ ン電 流は、Ids/Vgs 特 性に応じて定義する 必 要があります ( 図 27)。 Page 5 形 状 選 択では、すべてのド レ イ ン電 圧 下におけるすべての lengthアレイ・デバイスを選 択します ( 図 28)。 ス ト ラ テ ジ #69 idvg_warray_hisimhv 図 29、30、31 は、それぞれス ト ラ テ ジ定 義、ターゲット選 択、および形 状 選 択 画 面を示しています。このス ト ラ テ ジは、 width ア レ イ・デ バ イ スにおける低 Vds 時の Ids/Vgs用のもの で、スケーラブルなモデル・パラメータ用です。 このス ト ラ テ ジで定 義されるパ ラ メータは、低 電 界移動度パ ラ メータ、そして、チャネ ル幅に関したしきい値 電 圧修正パ ラ メータです。これらのパラメータは、HiSIM2 モデルと共通です。 図25: ストラテジ#68のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジの定義画面 ターゲットのドレイン電 流は、Ids/Vgs 特 性に応じて定義する 必 要があります ( 図 30)。 形 状 選 択では、低ドレイン電 圧 下における width アレイ・デバ イスを選 択します ( 図 31)。 図26: ストラテジ#68のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジの定義画面 図29: ストラテジ#69のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジの定義画面 図27: ストラテジ#68のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジのターゲット選択画面 図30: ストラテジ#69のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジのターゲット選択画面 図28: ストラテジ#68の ローカル・オプティマイ ゼーション・ストラテジ の形状選択画面 図31: ストラテジ#69の ローカル・オプティマイ ゼーション・ストラテジ の形状選択画面 Page 6 Application Note 1-016 ストラテジ #70 idvg_small_hisimhv ストラテジ #71 idvd_hisimhv このストラテジで定 義されるパラメータは、低ドレイン電 圧お よび高ド レ イ ン電 圧における small デ バ イ スに特 化したパ ラ メータです。低ドレイン電 圧および高ドレイン電 圧に対するパ ラメータは、このストラテジで混 合されていますが、分 離 可 能 です。 このス ト ラ テ ジは、Ids/Vds に対してイ ン パ ク ト・イ オ ン化の パ ラ メータを調 整するのが目 的です。Ids/Vds 曲 線を使 用す る HiSIM_HV パ ラ メータのオ プ ティマ イ ゼーションは、Ids/ Vgs を用いた前 述の手 順 後に行う必 要があります。正 確な オ プ ティマ イ ゼーションには、いくつかのド レ イ ン電 圧に おける Ids/Vgs の結 果が許 容 範 囲 内であることが必 須です。 ターゲットのド レ イ ン電 流を、Ids/Vgs 特 性に応じて定 義する 必要があります (図 33)。 ターゲットのドレイン電 流を、Ids/Vgs 特 性に応じて定義する 必 要があります ( 図 33)。 形状選択では、すべてのドレイン電 圧 下における small デバイ スを選択します (図 34)。 形 状 選 択では、すべてのドレイン電 圧 下における smallデバイ スを選 択します ( 図 34)。 図 32、33、34 は、それぞれストラテジ定 義、ターゲット選 択、および形状選択 画 面を示しています。このストラテジは、 widthアレイ・デバイスにおける低 Vds時の Ids/Vgs用のもので、 スケーラブルなモデル・パラメータ用です。 図 35、36、37 および 38 は、それぞれストラテジ定義、ターゲッ ト選 択、および形 状 選 択 画 面を示しています。このストラテジ は Ids/Vds 用のものです。 図35: ストラテジ#71のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジの定義画面 図32: ストラテジ#70のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジの定義画面 図36: ストラテジ#71のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジの定義画面 図33: ストラテジ#70のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジのターゲット選択画面 図37: ストラテジ#71のローカル・オプティマイゼーション・ ストラテジのターゲット選択画面 図34: ストラテジ#70の ローカル・オプティマイ ゼーション・ストラテジ の形状選択画面 Application Note 1-016 図38: ストラテジ#71のローカ ル・オプティマイゼーション・ ストラテジの形状選択画面 Page 7
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