JP5708508B2 - Semiconductor device simulation method - Google Patents
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Description
本発明は、LDMOSなどの横型素子にて構成されるメイン素子と、このメイン素子に対して隣接配置されるセンス素子とを備えた半導体装置のシミュレーション方法に関するものである。 The present invention relates to a simulation method for a semiconductor device including a main element composed of a lateral element such as an LDMOS and a sense element arranged adjacent to the main element.
従来より、ドレインやソースがメッシュ状(格子状)に配置されたメッシュ構造のLDMOSがメイン素子として用いられている温度検出回路やカレントミラー回路では、LDMOSの平面レイアウトが長方形とされるのが一般的である(例えば、特許文献1、2参照)。そして、平面レイアウトが長方形とされたLDMOSから所定距離の位置に、センス素子である温度検出素子や電流検出用センス素子が配置される。このように、LDMOSに隣接してセンス素子を配置することで、素子特性のバラツキなどの影響が少なくなるようにしている。
Conventionally, in a temperature detection circuit and a current mirror circuit in which an LDMOS having a mesh structure in which drains and sources are arranged in a mesh shape (lattice shape) is used as a main element, the planar layout of the LDMOS is generally rectangular. (For example, see
メッシュ構造のLDMOSは、トランジスタサイズがドレインの個数に比例することから、ドレイン個数を元にモデル化が成されるが、実際は隣接するソースセルの状態、すなわちドレインと幾つ接しているかという状態により特性差が生じる。このため、すべてのドレインを同じ特性としてシミュレーションを行うと、シミュレーション誤差が生じることになる。特に、小さいサイズのLDMOSでは、シミュレーション誤差が顕著になり、設計上の支障になっていた。 Since the LDMOS with a mesh structure is proportional to the number of drains, the modeling is performed based on the number of drains. However, in actuality, the characteristics depend on the state of adjacent source cells, that is, how many drains are in contact with each other. There is a difference. For this reason, if a simulation is performed with all the drains having the same characteristics, a simulation error occurs. In particular, in a small-sized LDMOS, a simulation error becomes remarkable, which hinders design.
また、メイン素子の特性はデバイスのペア性に基づき同一チップ内においてもメイン素子の重心位置(メイン素子の上面形状における重心位置を意味し、長方形状であれば中心位置が重心位置となる)を中心として変化する。このため、センス素子を長方形状のメイン素子に隣接して配置したレイアウトとすると、メイン素子の重心位置からセンス素子の重心位置までの距離が離れ、素子特性にバラツキが生じてしまう。また、温度勾配も発生することになる。したがって、センス素子の特性に誤差、例えば温度検出や電流検出に誤差が生じ、温度検出回路やカレントミラー回路等の設計値との特性誤差(シミュレーション誤差)が顕在化するという問題がある。 The characteristics of the main element are the center of gravity of the main element (meaning the position of the center of gravity of the top surface of the main element, and the center of the center of the element is the center of gravity if it is rectangular) based on the device pairability. It changes as the center. For this reason, if the layout is such that the sense element is arranged adjacent to the rectangular main element, the distance from the center of gravity of the main element to the center of gravity of the sense element is increased, resulting in variations in element characteristics. In addition, a temperature gradient is also generated. Therefore, there is a problem that an error occurs in the characteristics of the sense element, for example, an error in temperature detection or current detection, and a characteristic error (simulation error) with a design value such as a temperature detection circuit or a current mirror circuit becomes obvious.
本発明は上記点に鑑みて、メッシュ構造の半導体装置において、シミュレーション誤差を抑制し、高精度なシミュレーションが行えるようにすることを第1の目的とする。さらに、センス素子の特性に誤差が生じ難くなるようにすることを第2の目的とする。 In view of the above points, it is a first object of the present invention to suppress a simulation error and perform a highly accurate simulation in a semiconductor device having a mesh structure. A second object is to make it difficult for errors to occur in the characteristics of the sense element.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、メッシュ状に配置された1つ1つの第2半導体領域(5)の種類を当該第2半導体領域(5)が隣接している第1半導体領域(3)の数に応じて識別すると共に、点在させられた第1半導体領域(3)の1つ1つを1セルとして、各セルの第1半導体領域(3)の種類を当該第1半導体領域(3)に隣接している第2半導体領域(5)の種類に応じて層別化し、この層別化された種類毎に各セルが同一特性を有しているとして、層別化された種類毎に異なる特性を有した横型素子を並列接続したシミュレーションモデルを設定してシミュレーションを行うことを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the type of each second semiconductor region (5) arranged in a mesh shape is the second semiconductor region (5) adjacent to the second semiconductor region (5). Each of the first semiconductor regions (3) interspersed with one semiconductor region (3) is identified as one cell, and the type of the first semiconductor region (3) of each cell is defined as one cell. According to the type of the second semiconductor region (5) adjacent to the first semiconductor region (3), the cells have the same characteristics for each type of layered, The simulation is performed by setting a simulation model in which horizontal elements having different characteristics for each type of stratification are connected in parallel.
このように、シミュレーションモデルの設定において、点在させられた第1半導体領域(3)をそれに隣接する第2半導体領域(5)の種類別に層別し、層別された種類の数だけ異なる特性の横型素子が存在するものとして扱うようにしている。このため、特性差が加味されたシミュレーションを行うことが可能となり、シミュレーション誤差を抑制でき、高精度なシミュレーションが行えるようにできる。 Thus, in the setting of the simulation model, the scattered first semiconductor regions (3) are stratified according to the types of the second semiconductor regions (5) adjacent to the first semiconductor regions (3), and the characteristics differ by the number of stratified types. The horizontal element is treated as existing. For this reason, it is possible to perform a simulation in which a characteristic difference is taken into account, and a simulation error can be suppressed and a highly accurate simulation can be performed.
この場合、請求項2に記載したように、層別化された種類毎のセルサイズを当該種類毎のセル数としてシミュレーションモデルを設定することで、種類毎のセルサイズを規定できる。
In this case, as described in
請求項3に記載の発明では、メイン素子(T1)を四角形状の中央部が除かれたO形状とし、該O形状の中央にセンス素子(T2、S1)を配置した上面レイアウトとすることを特徴としている。また、請求項4に記載の発明では、メイン素子(T1)を四角形状の一辺に凹部を構成したU形状とし、該凹部内にセンス素子(T2、S1)を配置した上面レイアウトとすることを特徴としている。同様に、請求項5に記載の発明では、メイン素子(T1)を四角形状の一角部を失くしたL形状とし、該一角部にセンス素子(T2、S1)を配置した上面レイアウトとすることを特徴としている。
In the third aspect of the present invention, the main element (T1) has an O shape with a square central portion removed, and a top surface layout in which the sense elements (T2, S1) are arranged in the center of the O shape. It is a feature. According to a fourth aspect of the present invention, the main element (T1) has a U shape in which a concave portion is formed on one side of a square shape, and a top surface layout in which the sense elements (T2, S1) are arranged in the concave portion. It is a feature. Similarly, in the invention according to
これらの上面レイアウトとすることで、素子特性のバラツキを抑制でき、温度勾配も抑制できる。したがって、センス素子(T2、S1)の特性の誤差、すなわち電流検出や温度検出の誤差を抑制でき、カレントミラー回路や温度検出回路等の設計値との特性誤差(シミュレーション誤差)を抑制することが可能となる。 By using these top surface layouts, variations in element characteristics can be suppressed, and temperature gradients can also be suppressed. Therefore, it is possible to suppress an error in the characteristics of the sense elements (T2, S1), that is, an error in current detection or temperature detection, and to suppress a characteristic error (simulation error) from a design value of the current mirror circuit, the temperature detection circuit, or the like. It becomes possible.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows an example of a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態にかかる半導体装置の上面レイアウト図である。また、図2は、図1のA−A’断面図であり、図3は、図1に示す半導体装置の回路図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a top layout view of the semiconductor device according to the present embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1, and FIG. 3 is a circuit diagram of the semiconductor device shown in FIG.
図1〜図3に示す半導体装置は、メイン素子T1および電流検出用センス素子T2が同じ構造のLDMOSが備えられたものである。 The semiconductor device shown in FIGS. 1 to 3 includes an LDMOS having the same structure as the main element T1 and the current detecting sense element T2.
図1に示すように、メイン素子T1および電流検出用センス素子T2を構成するLDMOSは同一チップ内に形成されており、図2に示すように、本実施形態ではシリコン等の半導体からなるn型半導体基板1に形成されている。n型半導体基板1はドリフト層を構成しており、所定の不純物濃度で構成されている。このn型半導体基板1の表面にはLOCOS酸化膜からなる絶縁膜2が形成されている。n型半導体基板1の表層部には、この絶縁膜2と接するように、n型半導体基板1よりも高濃度とされたn+型ドレイン領域3が形成されている。
As shown in FIG. 1, the LDMOS constituting the main element T1 and the current detecting sense element T2 are formed in the same chip. As shown in FIG. 2, in this embodiment, the n-type made of a semiconductor such as silicon is used. It is formed on the
また、n型半導体基板1の表層部には、p型ベース領域4が形成されている。このp型ベース領域4は、絶縁膜2の端部近傍で終端しており、部分的に深くされることでディープベースが構成されている。このp型ベース領域4の表層部には、絶縁膜2から離間するようにn+型ソース領域5が形成されていると共に、p+型コンタクト領域6が形成されている。このp+型コンタクト領域6は、n+型ソース領域5を挟んでn+型ドレイン領域3の反対側に配置されている。
A p-
n+型ソース領域5とn+型ドレイン領域3の間に挟まれたp型ベース領域4の表面上にはゲート絶縁膜7が配置されており、このゲート絶縁膜7上にドープトPoly−Si等で構成されたゲート電極8が備えられている。このような構成により、ゲート電極8の下部に位置するp+型ベース領域4の表層部をチャネル領域にすると共に、n型半導体基板1をドリフト層として、MOS動作を行うようになっている。
A
また、ゲート電極8を覆うように層間絶縁膜9が配置され、この層間絶縁膜9上にソース電極10及びドレイン電極11がパターニングされている。そして、層間絶縁膜9に形成されたコンタクトホールを介して、ソース電極10はn+型ソース領域5及びp+型コンタクト領域6と接続され、ドレイン電極11はn+型ドレイン領域3と接続されている。そして、図示しないが、ソース電極10及びドレイン電極11等を覆うようにSOI基板表面が保護膜等で覆われることでLDMOSが構成されている。LDMOSは、メイン素子T1と電流検出用センス素子T2の両方において同じ断面構造とされており、図3に示すように、互いのゲート電極8が電気的に接続されると共に互いのn+型ドレイン領域3が電気的に接続されることでカレントミラー回路を構成している。そして、メイン素子T1に流れるドレイン電流を所定比率で減少させた電流を電流検出用センス素子T2のドレイン電流として流させ、電流検出用センス素子T2のドレイン電流を検出することで、メイン素子T1のドレイン電流を検出できる回路構成とされている。
An interlayer insulating film 9 is disposed so as to cover the
このように構成されたLDMOSは、図1に示すように、n+型ドレイン領域3とn+型ソース領域5とがメッシュ状(格子状)に配置されたメッシュ構造とされている。そして、本実施形態では、メイン素子T1を構成するLDMOSを四角形状の中央部が除かれたO形状(枠状)に構成し、その中央部に電流検出用センス素子T2を構成するLDMOSを配置した上面レイアウト、つまり電流検出用センス素子T2の周囲をメイン素子T1で囲んだ構造としている。このような構造により、メイン素子T1および電流検出用センス素子T2としてLDMOSを備えた半導体装置が構成されている。このような上面レイアウトとすることで、図4に示したような従来の長方形状のメイン素子T1に隣接して電流検出用センス素子T2を配置する場合と比較して、メイン素子T1の重心と電流検出用センス素子T2の重心との距離を短くすることが可能となる。このため、素子特性のバラツキを抑制でき、温度勾配も抑制できる。したがって、電流検出用センス素子T2の特性の誤差、本実施形態の場合は電流検出の誤差を抑制でき、カレントミラー回路等の設計値との特性誤差(シミュレーション誤差)を抑制することが可能となる。
As shown in FIG. 1, the LDMOS configured as described above has a mesh structure in which n + -
なお、図1中においてn+型ドレイン領域3は“D”で表記してあり、n+型ソース領域5は“S”で表記してある。図2に示すように、n+型ドレイン領域3とn+型ソース領域5とは離間して配置されるが、シミュレーションモデルとしては、図1に示すようにメッシュ状とされた各部(各格子)にn+型ドレイン領域3とn+型ソース領域5のいずれかが配置されたものとしている。
In FIG. 1, the n +
以上のように構成されるLDMOSを備えた半導体装置におけるシミュレーション方法について説明する。ただし、メイン素子T1と電流検出用センス素子T2の二つが備えられた半導体装置の特性のシミュレーション方法自体はSPICE等の電気回路シミュレータを用いて従来より行われているものであり、本実施形態では、そのシミュレーションに用いられるシミュレーションモデルの設定方法に特徴があることから、そのシミュレーションモデルの設定方法を説明する。 A simulation method in the semiconductor device including the LDMOS configured as described above will be described. However, the simulation method itself of the characteristics of the semiconductor device provided with the main element T1 and the current detection sense element T2 has been conventionally performed using an electric circuit simulator such as SPICE. In this embodiment, Since there is a feature in the setting method of the simulation model used for the simulation, the setting method of the simulation model will be described.
図5は、シミュレーションモデルが設定されるLDMOSの上面レイアウト例(例1〜例3)を示した図である。図6は、図5の上面レイアウト例における本実施形態のシミュレーションモデルの設定方法によりn+型ドレイン領域3を層別化したときの状態を示した図である。
FIG. 5 is a diagram showing an upper surface layout example (Examples 1 to 3) of an LDMOS in which a simulation model is set. FIG. 6 is a diagram showing a state when the n + -
図5の例1〜例3に示すように、点在させられたn+型ドレイン領域3の周囲にはn+型ソース領域5が配置され、n+型ドレイン領域3がn+型ソース領域5によって囲まれた状態となる。
As shown in Examples 1 to 3 in FIG. 5, n +
従来では、メッシュ状のレイアウトにおいて点在させられた各n+型ドレイン領域3はすべて同じ機能を有するものとして取り扱っている。具体的には、n+型ドレイン領域3の1つ1つを1セルと見なして、セルサイズをセル数(n+型ドレイン領域3の数)で表現し、各セルの特性を同一と想定してモデル化している。このため、図5の例1では、n+型ドレイン領域3が4つであるためセルサイズが4個、例2では、n+型ドレイン領域3が6つであるためセルサイズが6個、n+型ドレイン領域3が9つであるためセルサイズが9個となる。このようなモデル化がメイン素子T1と電流検出用センス素子T2とでそれぞれ行われるが、メイン素子T1も電流検出用センス素子T2も共に複数の同一セルが備えられたLDMOSと見なされていることから、回路図で示した場合には図3に示すような2つのLDMOSが並列的に接続されたカレントミラー回路となり、これが従来のシミュレーションモデルとなっている。
Conventionally, the n + -
これに対して、本実施形態の場合には、従来と同様、n+型ドレイン領域3の1つ1つを1セルと見なしてセルサイズを設定するが、n+型ドレイン領域3をそれに隣接しているn+型ソース領域5の種類によって層別する。そして、その層別された種類毎にn+型ドレイン領域3のセルを区別する。このような層別化により、図6に示すように、n+型ドレイン領域3を異なる特性毎の種類のセル(セル“1”、セル“2”・・・)に分けられる。
On the other hand, in the present embodiment, each n +
図7は、上記したシミュレーションモデルの設定方法の説明図である。この図を参照して、具体的なシミュレーションモデルの設定方法について説明する。 FIG. 7 is an explanatory diagram of the simulation model setting method described above. A specific simulation model setting method will be described with reference to FIG.
この図に示すように、n+型ドレイン領域3に隣接しているn+型ソース領域5の種類を識別する。すなわち、図7(a)に示すように、各n+型ソース領域5について、当該n+型ソース領域5が隣接しているn+型ドレイン領域3の数に応じて区分けする。ここでは、n+型ソース領域5のうち隣接しているn+型ドレイン領域3の数が0個のものを“A”、1個のものを“B”、2個のものを“C”、3個のものを“D”、4個のものを“E”として区分けしている。そして、各n+型ドレイン領域3について、それに隣接しているn+型ソース領域5の区分けしたときの内訳を調べ、その内訳に基づいて各n+型ドレイン領域3を層別化する。
As shown in this figure, the type of the n +
n+型ソース領域5は、隣接しているn+型ドレイン領域3の数に応じて、各n+型ドレイン領域3からの電流が共用して流されることになるため、隣接しているn+型ドレイン領域3の数が少ない方が多い方よりも電流を流し易くなる。このため、n+型ソース領域5を隣接しているn+型ドレイン領域3の数が少ない方から順に特性に優れたものと想定し、各n+型ドレイン領域3について、隣接しているn+型ソース領域5のうち特性に優れたものが多いものから順に順番を付けていく。
In the n + -
例えば、図7(b)に示した図表のように、n+型ドレイン領域3のうち、隣接しているn+型ソース領域5の区分けが“B”3つ、“C”2つ、“D”2つのものをセル“1”に層別する。また、n+型ドレイン領域3のうち、隣接しているn+型ソース領域5の区分けが“B”3つ、“C”2つ、“E”1つのものをセル“2”に層別する。n+型ドレイン領域3のうち、隣接しているn+型ソース領域5の区分けが“B”2つ、“C”2つ、“D”1つ、“E”が1つのものをセル“3”に層別する。同様にして、残るn+型ドレイン領域3についてもセル“4”〜セル“6”に層別する。これにより、n+型ドレイン領域3を隣接するn+型ソース領域5の種類に基づいて種類毎に層別できる。
For example, as shown in the chart of FIG. 7B, among the n +
このような方法によって層別化を行うと、図7(a)に示したように、例3について、n+型ドレイン領域3をすべて層別化することができる。同様に、例1、例2についても層別化を行うと、図6に示したような形態で各セルを層別できる。
When layering is performed by such a method, as shown in FIG. 7A, all of the n + -
このようにしてn+型ドレイン領域3の層別化が行われると、層別化した種類毎では各セルが同じ特性を有しているが、各種類別ではn+型ドレイン領域3が異なる特性を有したものであるとして取り扱ってモデル化する。これにより、例1の場合には、セル“1”のn+型ドレイン領域3については2つであるためセルサイズが2個、セル“2”のn+型ドレイン領域3についても2つであるためセルサイズが2個となる。また、例2の場合には、セル“1”〜セル“3”のn+型ドレイン領域3すべて2つずつであるためセルサイズが2個となる。例3の場合には、セル“1”のn+型ドレイン領域3については1つであるためセルサイズが1個となる。セル“2”〜セル“4”のn+型ドレイン領域3については2つであるためセルサイズが2個となる。また、セル“5”およびセル“6”のn+型ドレイン領域3については2つであるためセルサイズが2個となる。
When the n + -
図8は、モデル化の事例を示した図であり、(a)がモデル化を行うLDMOSの上面レイアウト図(図5の例3に相当)、(b)が(a)の上面レイアウトとされたLDMOSのモデル化後の回路図である。ここでは、SPICEのシミュレーションモデルとして用いる場合について説明する。 FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating modeling examples. FIG. 8A is an upper surface layout diagram of an LDMOS to be modeled (corresponding to Example 3 in FIG. 5), and FIG. 8B is an upper surface layout of FIG. FIG. 6 is a circuit diagram after modeling of the LDMOS. Here, the case where it uses as a SPICE simulation model is demonstrated.
SPICEでは、LDMOSのモデルの各種パラメータを予め登録しておき、そのモデルを指定すると、そのモデルの予め登録してあったパラメータが読み出され、シミュレーションを行うLDMOSのパラメータとして適用される。例えば、表1に示されるように、Nch型MOSトランジスタのモデルとしてnm1、nm2、nm3、nm4、nm5、nm6・・・が登録されており、各モデルにそれぞれに対応したトランジスタの各種パラメータ(不純物濃度、深さなど)をリスト化したパラメータリスト(level=1・・・)が登録されている。したがって、予め登録しておいたモデルの中から対応するモデルを指定することで、パラメータリストから指定されたモデルのパラメータが読み出され、シミュレーションに用いられる。 In SPICE, various parameters of an LDMOS model are registered in advance, and when the model is designated, the parameters registered in advance of the model are read out and applied as LDMOS parameters for simulation. For example, as shown in Table 1, nm1, nm2, nm3, nm4, nm5, nm6... Are registered as models of Nch type MOS transistors, and various parameters (impurities) of transistors corresponding to each model are registered. A parameter list (level = 1...) That lists density, depth, etc.) is registered. Therefore, by designating a corresponding model from models registered in advance, the parameters of the designated model are read from the parameter list and used for simulation.
例えば、SPICEでは、LDMOSのドレインD、ゲートG、ソースV、ベースBの状態を設定すると共に、LDMOSのモデル名を指定する。例えば、ドレイン電圧VD、ゲート電圧VG、ソース電圧VS、基板電位に相当するベース電圧VBを設定し、LDMOSのモデル名をnm2などに指定する。また、各モデルのチャネル長L、チャネル幅W、ドレイン容量(ドレイン−ベース間容量)AD、ソース容量(ソース−ベース間容量)ASを設定し、さらにセルサイズを入力する。これにより、表2に示したような形で入力される。 For example, in SPICE, the LDMOS drain D, gate G, source V, and base B states are set, and the LDMOS model name is designated. For example, the drain voltage V D , the gate voltage V G , the source voltage V S , the base voltage V B corresponding to the substrate potential are set, and the LDMOS model name is designated as nm2. The channel length L, channel width W, drain capacitance (drain-base capacitance) AD, source capacitance (source-base capacitance) AS are set for each model, and the cell size is input. As a result, the input is made as shown in Table 2.
このように、点在させられたn+型ドレイン領域3をそれに隣接するn+型ソース領域5の種類別に層別し、層別されたn+型ドレイン領域3の数をセルサイズに設定している。そして、層別された種類の数だけ異なる特性のLDMOSが存在するものとして扱ったシミュレーションモデルを設定している。これにより、同じLDMOS内に異なる特性のものが存在していることに対して、その特性を加味した実際に近いシミュレーションモデルを設定することが可能となる。このため、特性差が加味されたシミュレーションを行うことが可能となり、シミュレーション誤差を抑制でき、高精度なシミュレーションが行えるようにできる。
In this way, the scattered n + -
以上説明したように、シミュレーションモデルの設定において、点在させられたn+型ドレイン領域3をそれに隣接するn+型ソース領域5の種類別に層別し、層別されたn+型ドレイン領域3の数をセルサイズに設定する。そして、層別された種類の数だけ異なる特性のLDMOSが存在するものとして扱うようにしている。このため、特性差が加味されたシミュレーションを行うことが可能となり、シミュレーション誤差を抑制でき、高精度なシミュレーションが行えるようにできる。
As described above, in the setting of the simulation model, the scattered n +
また、メイン素子T1を構成するLDMOSをO形状(枠状)に構成し、その中央部に電流検出用センス素子T2を構成するLDMOSを配置した上面レイアウト、つまり電流検出用センス素子T2の周囲をメイン素子T1で囲んだ構造としている。このような上面レイアウトとすることで、素子特性のバラツキを抑制でき、温度勾配も抑制できる。したがって、電流検出用センス素子T2の特性の誤差、本実施形態の場合は電流検出の誤差を抑制でき、カレントミラー回路等の設計値との特性誤差(シミュレーション誤差)を抑制することが可能となる。 Further, the LDMOS that constitutes the main element T1 is configured in an O shape (frame shape), and the top surface layout in which the LDMOS that constitutes the current detection sense element T2 is arranged at the center, that is, the periphery of the current detection sense element T2 The structure is surrounded by the main element T1. By adopting such a top layout, variations in element characteristics can be suppressed, and temperature gradients can also be suppressed. Therefore, an error in characteristics of the current detecting sense element T2, in the case of this embodiment, an error in current detection can be suppressed, and a characteristic error (simulation error) with a design value of the current mirror circuit or the like can be suppressed. .
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対してセンス素子として電流検出用センス素子T2の代わりに温度検出素子S1を備えたものであり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. This embodiment includes a temperature detection element S1 instead of the current detection sense element T2 as a sense element with respect to the first embodiment, and is otherwise the same as the first embodiment. Only portions different from the embodiment will be described.
図9は、本実施形態にかかる半導体装置の上面レイアウトを示した図である。この図に示すように、本実施形態では、センス素子として温度検出素子S1を備えている。温度検出素子S1は、例えば直列接続されたダイオードによって構成され、ダイオードのVfの温特に基づいてメイン素子T1を構成するLDMOSの温度検出を行う。本実施形態でもメイン素子T1をO形状(枠状)に構成し、その中央部に温度検出素子S1を配置した上面レイアウト、つまり温度検出素子S1の周囲をメイン素子T1で囲んだ構造としている。このような構造により、メイン素子T1を構成するLDMOSと温度検出素子S1を備えた半導体装置が構成されている。 FIG. 9 is a diagram showing a top layout of the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in this figure, in this embodiment, a temperature detection element S1 is provided as a sense element. The temperature detection element S1 is constituted by, for example, a diode connected in series, and detects the temperature of the LDMOS constituting the main element T1 based on the temperature of the diode Vf, in particular. Also in the present embodiment, the main element T1 is configured in an O shape (frame shape), and the top surface layout in which the temperature detection element S1 is arranged at the center, that is, the temperature detection element S1 is surrounded by the main element T1. With such a structure, a semiconductor device including the LDMOS that constitutes the main element T1 and the temperature detection element S1 is configured.
このような上面レイアウトとすることで、図10に示したような従来の長方形状のメイン素子T1に隣接して温度検出素子S1を配置する場合と比較して、メイン素子T1の重心と温度検出素子S1の重心との距離を短くすることが可能となる。このため、素子特性のバラツキを抑制でき、温度勾配も抑制できる。したがって、温度検出素子S1の特性の誤差、本実施形態の場合は温度検出の誤差を抑制でき、温度検出回路等の設計値との特性誤差(シミュレーション誤差)を抑制することが可能となる。 By adopting such a top surface layout, the center of gravity of the main element T1 and the temperature detection are compared with the case where the temperature detection element S1 is arranged adjacent to the conventional rectangular main element T1 as shown in FIG. It is possible to shorten the distance from the center of gravity of the element S1. For this reason, variation in element characteristics can be suppressed, and a temperature gradient can also be suppressed. Therefore, the characteristic error of the temperature detection element S1, in the case of this embodiment, the temperature detection error can be suppressed, and the characteristic error (simulation error) with the design value of the temperature detection circuit and the like can be suppressed.
そして、このような回路構成においても、メイン素子T1を構成するLDMOSのシミュレーションモデルの設定を第1実施形態と同様の方法によって行う。これにより、同じLDMOS内に異なる特性のものが存在していることに対して、その特性を加味した実際に近いシミュレーションモデルを設定することが可能となる。このため、特性差が加味されたシミュレーションを行うことが可能となり、シミュレーション誤差を抑制でき、高精度なシミュレーションが行えるようにできる。 Even in such a circuit configuration, the setting of the simulation model of the LDMOS constituting the main element T1 is performed by the same method as in the first embodiment. As a result, it is possible to set a simulation model that is close to actuality considering characteristics of the same LDMOS having different characteristics. For this reason, it is possible to perform a simulation in which a characteristic difference is taken into account, and a simulation error can be suppressed and a highly accurate simulation can be performed.
(他の実施形態)
上記第1、第2実施形態では、メイン素子T1をO形状とした上面レイアウトを有する半導体装置について説明したが、他の上面レイアウトであっても良い。例えば、図11(a)、(b)に示したように、メイン素子T1をL形状、つまり四角形の四つの角部うちの一つを失くした形状としつつ、その角部に電流検出用センス素子T2や温度検出素子S1を備えた構造とすることができる。また、図11(c)、(d)に示したように、メイン素子T1をU形状、つまり四角形の四辺のうちの一つに凹部を設けた形状としつつ、その凹部内に電流検出用センス素子T2や温度検出素子S1を備えた構造としても良い。
(Other embodiments)
In the first and second embodiments, the semiconductor device having the top surface layout in which the main element T1 is O-shaped has been described. However, other top surface layouts may be used. For example, as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b), the main element T1 has an L shape, that is, a shape in which one of four corners of a quadrangle is lost, and current detection is performed at the corner. A structure including the sense element T2 and the temperature detection element S1 can be employed. Further, as shown in FIGS. 11C and 11D, the main element T1 has a U shape, that is, a shape in which a recess is provided on one of the four sides of the quadrangle, and a current detection sense is provided in the recess. It is good also as a structure provided with element T2 and temperature detection element S1.
上記各実施形態では、Nch型のLDMOSを例に挙げて説明したが、各導電型が反転したPch型のLDMOSについても上記各実施形態と同様の構成を採用することができる。この場合にも、上記各実施形態と同様のシミュレーションモデルを用いたシミュレーション方法を適用することで、上記各実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。また、上記各実施形態ではLDMOSの構成の一例を示したが、適宜変更可能である。例えば、n型半導体基板1を用いることで、n型半導体基板1がドリフト層として機能するようにしたが、p型半導体基板を用いつつ、このp型半導体基板に対してイオン注入などによってn型のドリフト層を形成し、その内部にLDMOSを構成するようにしても良い。さらに、LDMOSではない一般的な横型のMOSFETについても本発明を適用できる。
In each of the above embodiments, the Nch type LDMOS has been described as an example. However, the same configuration as that of each of the above embodiments can be adopted for the Pch type LDMOS in which each conductivity type is inverted. Also in this case, by applying a simulation method using the same simulation model as in each of the above embodiments, it is possible to achieve the same effect as in each of the above embodiments. In each of the above embodiments, an example of the configuration of the LDMOS is shown, but it can be changed as appropriate. For example, the n-
また、ここでは横型素子としてLDMOSを例に挙げて説明したが、図2に示す断面構造を有するLDMOSにおけるn+型ドレイン領域3をp+型に変更したIGBTなどのシミュレーションについても同様のことが言える。LDMOSの場合、n+型ドレイン領域3が第1半導体領域、n+型ソース領域5が第2半導体領域、ドレイン電極11が第1電極、ソース電極10が第2電極に相当するが、IGBTの場合、p+型コレクタ領域が第1半導体領域、n+型エミッタ領域が第2半導体領域、コレクタ電極が第1電極、エミッタ電極が第2電極に相当することになる。また、勿論、IGBTについてもNch型に限らずPch型の素子とすることもできる。
In addition, although the description has been given here taking the LDMOS as an example of the lateral element, the same applies to the simulation of the IGBT or the like in which the n +
T1 メイン素子
T2 電流検出用センス素子
S1 温度検出素子
1 n型半導体基板
3 n+型ドレイン領域
4 p型ベース領域
5 n+型ソース領域
6 p+型コンタクト領域
7 ゲート絶縁膜
8 ゲート電極
10 ソース電極
11 ドレイン電極
T1 main element T2 current detecting sense element S1 temperature detecting element 1 n-type semiconductor substrate 3 n + type drain region 4 p type base region 5 n + type source region 6 p +
Claims (5)
前記ドリフト層内に形成された第2導電型のベース領域(4)と、
前記ドリフト層内において、前記ベース領域(4)から離間して形成された第1導電型または第2導電型の第1半導体領域(3)と、
前記ベース領域(4)内に形成された第1導電型の第2半導体領域(5)と、
前記第1半導体領域(3)に接続された第1電極(11)と、
前記第2半導体領域(5)に接続された第2電極(10)と、
前記ベース領域(4)の表面にゲート絶縁膜(7)を介して備えられたゲート電極(8)とを有し、
前記第1半導体領域(3)と前記第2半導体領域(5)がメッシュ状に配置したメッシュ構造とされていると共に、前記第1半導体領域(3)を点在させつつ該第1半導体領域(3)の周囲に前記第2半導体領域(5)を配置した上面レイアウトとされ、前記ゲート電極(8)への電圧印加に基づいて前記ベース領域(4)のうち前記ゲート絶縁膜(7)と接する部分にチャネル領域を形成し、前記第1電極(11)と前記第2電極(10)との間に電流を流すように構成された横型素子からなるメイン素子(T1)と、
前記横型素子と同一チップに形成されたセンス素子(T2、S1)と、を有する半導体装置のシミュレーション方法であって、
メッシュ状に配置された1つ1つの前記第2半導体領域(5)の種類を当該第2半導体領域(5)が隣接している前記第1半導体領域(3)の数に応じて識別すると共に、点在させられた前記第1半導体領域(3)の1つ1つを1セルとして、各セルの前記第1半導体領域(3)の種類を当該第1半導体領域(3)に隣接している前記第2半導体領域(5)の種類に応じて層別化し、この層別化された種類毎に各セルが同一特性を有しているとして、前記横型素子が層別化された種類毎に異なる特性を有した横型素子を並列接続したシミュレーションモデルを設定してシミュレーションを行うことを特徴とする半導体装置のシミュレーション方法。 A semiconductor substrate (1) having a drift layer of a first conductivity type;
A second conductivity type base region (4) formed in the drift layer;
A first semiconductor region (3) of a first conductivity type or a second conductivity type formed in the drift layer so as to be separated from the base region (4);
A second semiconductor region (5) of the first conductivity type formed in the base region (4);
A first electrode (11) connected to the first semiconductor region (3);
A second electrode (10) connected to the second semiconductor region ( 5 );
A gate electrode (8) provided on the surface of the base region (4) via a gate insulating film (7);
The first semiconductor region (3) and the second semiconductor region (5) have a mesh structure in which the first semiconductor region (3) and the first semiconductor region (3) are interspersed. 3) is a top surface layout in which the second semiconductor region (5) is arranged around the periphery, and the gate insulating film (7) in the base region (4) is applied to the gate electrode (8) based on voltage application. A main element (T1) formed of a lateral element configured to form a channel region in a contact portion and to pass a current between the first electrode (11) and the second electrode (10);
A simulation method of a semiconductor device having sense elements (T2, S1) formed on the same chip as the lateral element,
The type of each of the second semiconductor regions (5) arranged in a mesh shape is identified according to the number of the first semiconductor regions (3) adjacent to the second semiconductor region (5). Each of the scattered first semiconductor regions (3) is defined as one cell, and the type of the first semiconductor region (3) of each cell is adjacent to the first semiconductor region (3). Layered according to the type of the second semiconductor region (5), and each cell has the same characteristics for each layered type. A simulation method for a semiconductor device, wherein simulation is performed by setting a simulation model in which horizontal elements having different characteristics are connected in parallel.
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