«КОМПАКТНАЯ SPICE -МОДЕЛЬ КНИ МОП-ТРАНЗИСТОРА ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СПЕЦСТОЙКИХ СБИС

1. ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЦЕНТР НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙИНСТИТУТ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ им. Ю.Е. Седакова ПРЕДПРИЯТИЕ 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 г. Нижний Новгород, 2014г.

2. SPICE-МОДЕЛЬ. НАЗНАЧЕНИЕ 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

3. АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ» Особенности разработки спецстойкойИС: • 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: • Для решения задач МВЦ НИИИС по проектированию и изготовлению спецстойкойЭКБ была необходимаразработка SPICE-моделей с учетом • воздействия спецфакторов 3

4. ЦЕЛИ и ЗАДАЧИ 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

5. НОВИЗНА РАБОТЫ. ПРИМЕНЕНИЕ 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, стойкостьюк факторам 7.И6, 7.И7 5

6. Способы модификации SPICE-моделей ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ» 1. Формирование макромодели 2. Радиационно-зависимые параметры макромодели задаются в виде уравнений: 7.И7 7.И6 6

7. Повышение вычислительной эффективности модифицированной SPICE-модели КНИ МОПТ 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

8. Модификация стандартной SPICE-модели КНИ МОПТ ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ» Методика: parameters + w = 3.5u l = 0.35u + dose = 0 . . . 1. В net-листмодели в качестве дополнительного параметра устройства вводится пользовательский параметр характеристики СФ 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 радиационно-зависимый параметр модели выражается через аппроксимирующую функцию, а ее коэффициенты вводятся в качестве дополнительных радиационных параметров . . . + a = 0b = 0 c = 0 model a_nmos bsimsoi + P = a + b*exp(c*dose) 8

9. Методика экстракции параметров модифицированных SPICE-моделей ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ» SPICE: • DC • CV • TEMP • Методы экстракции: • алгоритмы оптимизации IC-CAP; • функции экстракции IC-CAP; • программы расчета параметров на языке PEL • RAD • 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

10. Автоматизация измерений ЭФХ модельных тестовых структур ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ» Разработаны программыдля САПР IC-CAP по автоматизациипроцесса измерений ЭФХ модельных тестовых структур позволяют автоматически: • задавать электрические режимы измерений; • измерять весь набор ЭФХ всех ТС модуля; • сохранять результаты в удобном для экстракции формате (.mdm) 10

11. Экстракция параметров модифицированных SPICE-моделей КНИ МОПТ ПРЕДПРИЯТИЕ ГОСКОРПОРАЦИИ «РОСАТОМ» ЭФХ КНИ n-МОПТ А-типа 7.И7 : 7.И6 : • Уравнения, описывающие • радиационные эффекты: • Погрешность моделирования: ≤ 15% • Радиационные параметры • SPICE-модели КНИ n-МОПТ А-типа: 11

12. Моделирование КМОП КНИ СБИС статического ОЗУ 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 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

13. 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