[发明专利]半导体设计仿真领域中电路容差测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设计SPICE仿真和建模领域，且特别涉及一种半导体设 计仿真领域中关于器件失配的建模方法。

背景技术

现代的集成电路经常是由超过一百万个晶体管所构成的，用来仿真复杂的 集成电路系统的仿真方法是设计与生产集成电路的工艺的必要部分，没有这样 的仿真系统与方法，集成电路的设计与生产成本会变得很高。为了设计集成电 路，第一步是集成电路的功能描述与规格描述，然后在此基础上提出电路图。 一般，检查电路图的性能是使用电路仿真器(Circuit Simulator)为辅助的，如 果经过电路仿真器仿真后确定电路图不能满足功能描述与规格，需要对电路图 进行修改，并且由电路仿真器再次地仿真修改后的电路图的特性，这样的修改 与仿真的循环过程会持续直到电路图的特性满足了早期所定的功能要求与规格 要求。

根据传统的方法，在使用电子组件模型辅助的电路仿真器以计算包含在集 成电路中的电子组件的特性(如对应于功能描述与规格的相关连的电路数量)， 例如，晶体管(Transistor)模型提供相关的电路参数以作为在集成电路中的晶 体管的端点(如源极、漏极、闸极及基极)，晶体管模型的品质决定了通过电路 仿真器所计算得到的特性，与随着制造的集成电路的实际运作特性的匹配程度。 例如为数众多的电路仿真器(也称为电路仿效程序，Circuit Emulation Programs) 存在包括SPICE、ELDO、SMASH、SABER、VE RILOG及VHDL，在University of California at Berkeley发展的SPICE(仿真程序强调在电路的仿效)是集成电 路仿真程序，其仿效单一电路组件(如晶体管)的运作，在电路中SPICE也能 用来仿真一个或更多晶体管的运作。

一般而言，现代的IC设计中会应用到多种仿真程序，例如：SPICE、SMASH、 SABER、VERILOG及VHDL等，其中由University of California at Berkeley最 早发明的SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是一种侧 重于IC电路仿真的仿真程序，他能仿效单一电路组件(如晶体管)的运作，也 能用来仿真由大量晶体管组成的线路的运作。与SPICE仿真软件相对应的是 SPICE器件模型，器件模型的品质决定了集成电路通过仿真得到的特性与将要 实际制造出来的产品的特性的匹配程度，只有高度精确的器件模型才能成功的 仿真集成电路的特性，使得产品的设计过程高效率和低成本。

不仅如此，在集成电路制程中会产生制程波动及器件尺寸的变化，这些都 将导致器件或者电路性能的不稳定。因此检验产品是否如预计的那样工作是非 常有必要的。例如产品的性能如何、性能的统计分布情况又是怎样的，这些指 标的仿真结果都将对于制程产生一个反馈的作用。基于此，精确地反映制程性 能的变化情况就是现今器件建模中关注的又一个重要问题。因而衍生出一种通 过离散情况模型仿真反映性能变化的方法。现有技术采用蒙特卡罗模型(Monte Carlo method)，又称统计模拟法、随机抽样技术。蒙特卡罗模型的基本思想是， 为了求解数学、物理、工程技术以及管理等方面的问题，首先建立一个概率模 型或随机过程，使它们的参数，符合概率分布或数学期望；然后通过对模型或 过程的观察或抽样试验来计算所求参数的统计特征，并用算术平均值作为所求 解的近似值。对于随机性问题，有时还可以根据实际物理背景的概率法则，用 电子计算机直接进行抽样试验，从而求得问题的解答。从理论上来说，蒙特卡 罗方法需要大量的仿真次数。仿真次数越多，所得到的结果才越精确。应用该 方法的SPICE仿真，随机选取多个电路参数代入SPICE统计模型进行运算，例 如进行高斯分布运算，该SPICE仿真器多次随机产生预先设定在模型卡中的参 数值进行运算，最终得出对应的电路参数特性分布。