[发明专利]一种集成电路工艺参数模型的优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路设计中的优化方法，具体涉及一种对集成电路工艺参数模型进行优化的方法。

背景技术

现代集成电路设计的复杂程度使得人们不再可以通过简单的手工计算来对电路参数和特性进行分析，且又不能如同传统电路一般利用面包板或印刷电路板进行实验来验证设计结果。为了保证设计的成功率和提高生产时的良品率，设计人员在设计电路时不得不借助于诸如SPICE(Simulation Program withIntegrated Circuit Emphasis)这样的计算机仿真程序来对电路进行研究和分析。

SPICE仿真软件通过求解数学方程组的方法来获得相关的电路参数，并以此帮助设计人员验证或预测电路的行为，其求解的精确程度起决于仿真时所采用的工艺参数模型。工艺参数模型则定义了描述器件特性所需的方程式和相关的参数。但是，物理器件的尺寸缩小所带来的一些复杂物理效应使得计算用的方程式已无法从器件物理中直接导出，而不得不采用加入经验参数和公式的方法来修正模型，以提高计算的精确程度。为了使工艺参数模型尽可能的准确，这些经验参数多由实际制造的器件的测试数据经拟合后得到。可见精确的仿真结果十分依赖于精确的工艺参数模型。

目前，可以用于集成电路的仿真的工艺参数模型有很多，如比较常见的模型是加州大学伯克利分校于1993年提出BSIM3(Berkeley Short channelInsulated gate field effect transistor Model 3)模型，该模型的最后一个版本BSIM3v3更是于1996年时获得业界承认，作为第一个通行的标准模型被半导体圆晶厂和集成电路设计公司所广泛采用。

该模型是一种以物理分析模拟结果和参数提取为基础所建立的数学参数模型集，可以依照器件的尺寸的缩放等比率的描述器件的特性。该参数集大约包含140多个参数，根据不同的仿真目的可能使用其中的40到100个左右的参数，这就带来了两个方面的问题：一方面，参与仿真参数众多，仿真复杂度高；另一方面，根据不同的仿真目的或参数提取的差别，模型中的参数的数目可能不相同。

此外，由于工艺加工的不确定性，当加工制造发生变化时，模型参数值也必须随之变化以反映实际的物理效应。而通常的集成电路设计多是针对某次加工的晶片的测试数据经拟合后而得到的模型，并据此进行设计和验证。一旦工艺加工中发生变化，仿真模拟的结果就必然偏离实际加工结果，这可能导致电路无法正常工作或特性不同。因此，在很多情况下设计者必须对设计进行折中，使其能在一定工艺变化范围内正常工作。

尽管数十年来集成电路加工技术在不断进步，但是在晶片上不同位置之间、不同晶片之间以及不同批次晶片之间的工艺参数仍然体现出很大的可变性，这种变化直接影响了晶体管的性能，增加了电路设计的复杂度，降低了最终产品的成品率。这就需要一种行之有效的方法来对不同的工艺参数模型进行优化来解决这一问题。

发明内容

针对这一问题，本发明的目的是提供一种方法来对工艺参数模型进行优化，进而得到一个优化模型，以降低设计中工艺参数等变化对电路性能的影响，使基于该模型设计的电路更能适应各种工艺参数的变化，达到提高电路设计的成功率和最终产品的成品率的目的。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方法包括：以不同种类的从不同厂家、不同特征尺寸的不同晶片，不同批次集成电路晶片中提取的工艺参数建立工艺参数模型数据库；根据设计的电路的类型和特点，从数据库中选中数个工艺参数模型作为待优化对象，以数值统计分析方法为基础，对集成电路工艺参数模型进行优化；优化对象为代表不同工艺特征的参数模型。

本发明所述的数值统计分析方法包括以下三种：采用模型参数算术平均优化法对模型进行优化；采用模型参数平方平均优化法对模型进行优化；采用模型参数中位数优化法对模型进行优化，优化结果需须通过仿真来判断和验证，如不能满足，通过改变优化工艺参数变化范围，或选择不同的优化方法再进行优化，直到得到优化模型能有效适应工艺参数的变化为止。

所述的优化对象的优化模型的类型为BSIM3器件模型。

本发明的工艺参数模型数据库用途在于存储工艺参数模型，提供可供优化的参数范围和模型对象。

在设计电路时，设计人员根据所设计的电路的目标、性能以及对工艺的要求，确定工艺参数变化可能覆盖的范围，并据此从数据库中选取符合该范围的参数模型作为优化对象。如果选择的这些工艺参数模型的参数在数目上有所不同时，自动对这些参数进行统一化处理。