Murakawa Masahiro, 바카라 커뮤니티 (Yoshikawa Hiroyuki의 회장) (이하 "AIST"라고 불림)의 연구원은 다음 세대 반도체 연구 센터 [Center Hirose Zenko], IS :반도체 Mirai Project, Hiroshima University (Muta Yasuzo 회장) (Muta Yasuzo 회장)의 고급 재료 과학 대학원의 Miura Michiko 교수와 협력하여 국립 대학교 회사 인 우리는 최첨단 세미 콘트로스 프로세스의 개발에 회로 시뮬레이션을 사용할 것입니다Transtor Model hisim (Hiroshima-University Starc IGET 모델)유전자 알고리즘를 사용하는 고정밀 자동 정렬 기술을 성공적으로 개발했습니다
바카라 게임 모델은 회로 시뮬레이션에서 바카라 게임의 회로 특성을 예측하는 데 사용되는 모델이며 LSI 개발에서 가장 중요하고 기본적인 기술입니다 메모리와 Soc (칩의 시스템) 설계 및 개발 용도서관모든 아날로그 회로는이 바카라 게임 모델을 사용하여 설계되었습니다 현재 반도체 장치는 90nm (1 나노 미터 : 10 억 미터의 미터) 프로세스에 있으며 바카라 게임 모델조차도 초경량 바카라 게임에 대한 매우 복잡한 작업 설명이 있으며, 기존의 바카라 게임 모델은 대략 400 개의 모델 매개 변수에 도달합니다 따라서 모델 매개 변수를 사용하여 실제 바카라 게임의 전기적 특성을 조정하는 데 많은 시간이 걸렸으며 설계 엔지니어는 새로운 바카라 게임 모델의 출현을 강력하게 원했습니다
HISIM 바카라 게임 모델은 현재 Hiroshima University와 Semiconductor Science and Engineering Research, Inc [CEO Masahiro Shimohigashi] (이하 "Starc")가 현재 표준입니다BSIM3표면 전위를 기반으로 한 바카라 게임 모델입니다 Hisim은 소수의 모델 매개 변수 (BSIM3의 약 1/3)를 특징으로합니다SOI (절연체의 실리콘)|고주파 영역를 사용하여 시뮬레이션하기가 쉽기 때문에 차세대 바카라 게임 모델 일 것으로 예상됩니다
그러나 HISIM을 사용한 시뮬레이션 결과가 정확하기 위해서는 미리 측정 한 바카라 게임의 전기 특성과 일치하도록 여러 모델 매개 변수를 조정해야합니다 이 프로세스를 "조정"이라고하며 조정이 충분히 수행되지 않으면 계산 정확도가 줄어들고 회로 시뮬레이션을 통해 정확한 예측을 할 수 없습니다 HISIM은 약 70 개의 모델 매개 변수를 가지고 있는데, 이는 BSIM3에 비해 상당히 작지만 원칙적으로 모든 모델 매개 변수를 한 번에 조정해야하며, 기존의 BSIM3은 일치하는 통합에 노하우를 사용할 수 없으므로 일치 프로세스의 효율성을 향상시키는 것이 HISIM을 대중화하는 열쇠였습니다
이 연구 개발에서 인공 지능의 유전자 알고리즘을 적용함으로써 HISIM 조정 프로세스는 약 몇 시간 안에 성공적으로 자동화되었습니다 최첨단 제조 공정 (90NM 규칙)를 사용하여 생성 된 바카라 게임의 실제 측정 값 (StARC에 의해 제공)의 효과가 검증되었으며, 실제 측정 값 과이 기술과 결합 된 HISIM의 시뮬레이션 결과는 평균 25% 이내였습니다 이를 통해 단기간에 Ultrafine 바카라 게임의 성능 예측 및 회로 시뮬레이션이 가능하며 Hisim은 Hisim의 확산을 가속화하고 최첨단 반도체 제조 공정의 개발 비용을 줄일 것으로 예상됩니다
10505_10631Asia and South Pacific Design Automation Conference 2005(ASP-DAC 05)에서 발표됩니다
○ 최첨단 반도체 제조 공정 개발의 현재 상태
최첨단 반도체 제조 공정은 매년 더욱 소형화되고 있습니다프로세스 생성발전이 진행될 때마다 개발은 오랜 기간과 큰 투자가 필요하며 각 프로세스 생성마다 증가하는 개발 비용을 줄이고 개발 시간이 단축되면 반도체 제조업체가 해결 해야하는 과제 중 하나입니다 한 가지 해결책은 반도체 제조 공정 개발 프로세스의 초기 단계가되는 것입니다tcad를 사용한 시뮬레이션 기술 | 완전히 활용됩니다 또한 개발 프로세스가 끝나면 바카라 게임가 설계되어 프로토 타입 (teg), TEG를 평가하고 프로토 타입을 반복하여 목표 장치 성능을 달성하는 기술이 채택되었습니다 [그림 1 (장치 제조)] 장치의 전기적 특성은 바카라 게임 모델로 표현 되며이 바카라 게임 모델은 제조 공정을 위해 특별히 회로 및 설계 라이브러리를 시뮬레이션하는 데 사용됩니다 이 시뮬레이션 기술은 로트 프로토 타입 등에 필요한 비용과 인력을 줄이고 반도체 제조 공정의 개발 비용을 줄입니다
○ 바카라 게임 모델이란 무엇입니까
바카라 게임 모델은 회로 시뮬레이션을 사용하여 회로 특성을 예측하는 데 사용되는 모델이며, 대략적인 방정식을 사용하여 바카라 게임의 전기 특성을 설명합니다 (그림 2 참조) 예를 들어, 배수 전류와 배수 전압 사이의 관계, 배수 전류와 게이트 전압 등의 관계는 수학적 표현으로 표현 될 수 있습니다통합 회로이러한 바카라 게임의 많은 조합으로 구성되며, 통합 회로를 설계 할 때 통합 회로의 구성 요소 인 라이브러리 및 아날로그 회로는 바카라 게임 모델을 사용하여 설계되었습니다 [그림 1 (회로 설계)] 또한 회로 설계 측의 관점에서 바카라 게임 모델은 장치 제조 측면과 인터페이스합니다 바카라 게임 모델에는 다수의 모델 매개 변수가 있으며, 각각은 바카라 게임의 물리적 크기, 기본 특성 값, 물리적 현상의 계수 등을 정의하는 상수입니다 이 모델 매개 변수의 숫자 값은 장치가 실제로 제조되는 공장에서 제공되며 회로 설계는 매개 변수 값을 사용하여 수행됩니다
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MOSFET : 3 개의 터미널 (입력 단자, 출력 단자, 제어 단자)으로 구성된 요소
입력과 출력 단자 사이의 전압 : 배수 전압
출력 터미널의 전류 출력 : 배수 전류
제어 단자에 적용되는 전압 : 게이트 전압
배수 전류는 게이트 전압으로 제어 할 수 있습니다 |
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그림 2 : MOSFET의 구조 다이어그램
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○ 기존 바카라 게임 모델의 문제
그러나 매우 미세한 프로세스에서 많은 사람들이 복잡한 구조를 가진 초산 바카라 게임와 바카라 게임의 시뮬레이션 정확도는 기존의 바카라 게임 모델에 불충분하다는 것을 지적했습니다 이것은 현재 표준 모델 인 BSIM3입니다드리프트 근사를 기반으로 모델링되기 때문에, 매우 더 미세한 바카라 게임를 사용하면 이전에 무시 된 물리적 현상의 효과가 증가했으며,이 근사치는 더 이상 정확하지 않습니다 결과적으로, 모델 방정식은 바카라 게임 내에서 다양한 현상을 표현하기 위해 훨씬 더 복잡해지며, 다음 버전의 BSIM3 (BSIM4)은 대략 400 개의 모델 매개 변수를 갖는다
여기서, 이들 모델 매개 변수는 장치 제조 측에서 회로 설계쪽으로 제공되어야하지만, TEG의 물리적 측정에 의해 모델 매개 변수의 작은 부분 만 직접 결정할 수 있으며, 대부분의 나머지 모델 매개 변수는 측정 된 바카라 게임의 전기적 특성으로부터 간접적으로 추정되어야한다 이 추정 작업을 정렬 또는 파라미터 추출이라고합니다 [바카라 게임 모델의 정렬 작업 이미지 참조] 이전 모델에서 모델 매개 변수의 수는 엄청나게 (약 400), 숙련 된 사람들 조차도이 조정 프로세스를 조정하는 데 일주일이 걸릴 수 있습니다 이 조정 작업은 제조 공정의 모든 공정 변경, 바카라 게임 구조 변경 또는 제조 조건 변경 등에 필요합니다 이는 조정에 필요한 인공 시간을 증가시켜시기 적절하고 정확한 시뮬레이션에 많은 노력이 필요하다는 문제가 발생합니다 이것은 개발 비용이 증가하기 때문에 중요한 문제입니다 많은 수의 모델 매개 변수를 일치시키기 위해 모델 매개 변수를 여러 그룹으로 나누고 각 그룹의 모델 매개 변수를 조정 한 다음 전체 시스템을 다시 정렬하려는 노력이 있었지만, 두 부분으로 나누는 이론적 방법은 아직 확립되지 않았으며 현실은 숙련 된 사람의 노하우와 공예 정신에 의존한다는 것입니다
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● 바카라 게임 모델의 정렬 작업 이미지 정렬 작업의 이미지는 그림 A를 예제로 사용하여 설명됩니다 여기서 우리는 가속 평면의 속도를 모델링하는 예를 고려합니다 비행기 항해의 속도는 공기 중에서 항해하는 속도는 몇 초마다 측정되어 음모합니다 플롯 결과에서, 우리는이 평면을 동등한 가속으로 항해로 모델링합니다 이 모델은 그림 A와 같이 수학적 방정식 (선형)을 사용하여 시간과 속도 사이의 관계를 표현할 수 있으며 두 상수 (초기 속도 v0, 가속도 a) 존재합니다 이 상수는 모델 매개 변수입니다 따라서 모델 매개 변수는 모델 방정식 (라인) 및 측정 된 속도 (복수 점)가 가능한 한 일관되도록 조정됩니다 이 조정은 조정 프로세스입니다 이 조정 프로세스가 완료되면 미래의 시간 (t = tf) (v = vf)를 예측할 수 있습니다 이 예제를 바카라 게임 모델과 결합하기위한 비유는 평면 속도 ⇔ 바카라 게임의 전기적 특성, 속도 측정, 모델 방정식 (선형) ⇔ BSIM 및 HISIM, 두 개의 상수 ⇔ 많은 모델 매개 변수, 향후 속도 프레젠테이션 ⇔ 회로 시뮬레이션입니다 |
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그림 A : 모델 정렬 작업의 이미지 : 비행기 속도의 모델링 사용
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○ 차세대 바카라 게임 모델 HISIM
이러한 문제를 해결하기 위해 Hiroshima University와 Starc는 차세대 바카라 게임 모델로 HISIM을 공동으로 개발하고 있습니다 Hisim에서는 표면 잠재력을 기반으로합니다MOSFET그리고 바카라 게임의 물리적 원리를 가능한 한 충실하게 분석했으며, 결과적으로 전체 모델 설명이 훨씬 쉬워졌으며 모델 매개 변수의 수가 약 70으로 줄어들 었습니다 또한 SOI와 같은 복잡한 구조를 가진 모델링 바카라 게임에 유연하게 적응할 수 있으며, 고고도 영역에서 특성을 쉽게 시뮬레이션 할 수 있습니다 그러나 HISIM 조정 프로세스에서 원칙적으로 모든 모델 매개 변수를 한 번에 조정해야하며 기존 모델의 조정 프로세스에서 노하우를 활용할 수 없었습니다 The reason for this is that HiSIM model parameters can be roughly divided into parameters required to determine surface potential and parameters required to determine physical quantities, and these two parameters cannot be adjusted independently as they are mutually dependent and affect electrical properties 따라서, 차세대 바카라 게임 모델로서 HISIM이 인기를 얻기위한 한 가지 핵심은 정렬 프로세스를 자동화하고 정밀도를 향상시키는 것이라고합니다
AIST는 2001 년부터 유전자 알고리즘을 사용하여 일치 기술에 대한 기본 연구를 수행해 왔으며,이 연구 결과를 바탕으로 반도체 Mirai Project 및 Semiconductor Advanced Technologies Co, Ltd (이하 "Selete")는 2002 년부터 반도체 프로젝트에서 공동 작업을 해왔습니다이온 이식 모델의 자동 정렬 기술의 연구 및 개발 및 단 몇 분 안에 144 개의 모델 매개 변수를 자동으로 조정하는 데 성공했습니다 이 연구 개발 결과는 ERI가 소프트웨어로 만들어졌습니다selete의 3D TCAD 시스템 "enexss"에 설치되었습니다 이미 실용적으로 사용되고 있습니다
한편, Hisim의 연구 및 개발은 1998 년 Hiroshima University와 Starc에 의해 시작되었으며 Hisim은 2000 년에 시작되었습니다Hiroshima-University Starc IGET 모델2002 년 1 월웹에 의해 대중에게 공개 될 것이며, 새로운 프로젝트가 2002 년 봄에 고주파 장치에 대한 HISIM2를 개발하기 시작했습니다
2004 년부터 AIST와 Hiroshima University 간의 공동 연구는 HISIM의 고정밀 자동 정렬을 목표로 반도체 Mirai 프로젝트의 일환으로 시작되었습니다 최첨단 프로세스를 StARC에 사용하여 생산 된 실제 측정 바카라 게임를 제공 함으로써이 기술의 효과를 확인하고 있습니다
AIST와 Hiroshima University가 개발 한 HISIM 자동 정렬 기술에는 매개 변수를 수동으로 분할 및 통합하는 대신 인공 지능의 유전자 알고리즘을 사용하여 한 번에 많은 수의 매개 변수를 자동으로 정렬합니다 [그림 3] 유전자 알고리즘은 최적의 솔루션에 대한 검색 프로세스 동안 검색이 로컬 최적 솔루션에 빠질 가능성이 적으므로 많은 매개 변수를 효율적으로 최적화 할 수 있다는 특성이 있습니다
유전자 알고리즘에서, HISIM의 모든 모델 매개 변수는 01의 비트 문자열로 연결되어 표현됩니다 그러면 단일 염색체 인 것처럼 간주됩니다 [그림 4 (단계 1)] 다수의 염색체는 무작위로 제조되며, 바카라 게임 특성은 실제로 염색체로 표시된 모델 매개 변수 값을 사용하여 HISIM을 사용하여 시뮬레이션됩니다 시뮬레이션 결과와 실제 측정 된 값의 특성 값이 비교되고, 더 작은 오류를 가진 염색체는 체력이 더 커질 수 있도록 결정됩니다 [그림 4 (2 단계)] 그런 다음 비교적 고도로 적합한 염색체가 교차 (교차, 돌연변이) 및 새로운 염색체가 체력을 결정하기 위해 만들어집니다 다음으로, 전력 값이 가장 낮은 염색체가 제거되고 새로운 염색체가 검색 지점에 추가됩니다 [그림 4 (3 단계)] 이 일련의 피트니스 평가, 콜라이트 및 선택을 "생성"이라고하며, 반복 세대에 의해 매우 적합한 염색체가 점차 발견됩니다 (즉, 실제 측정 된 값의 오차를 한 번에 줄이는 모델 매개 변수 값)
실험에서 HISIM*에 대한 32 개의 주요 모델 매개 변수가 바카라 게임에 포함됩니다현재 특성 가치 그룹일치하도록 조정되었습니다 이 현재 특성 값은 90nm 규칙 (다른 치수의 8 가지 유형의 바카라 게임 : 100 nm ~ 10 µm (1 마이크로 미터 : 1 백만 번째 미터), 채널 폭 2 µm)를 사용하여 제조 된 바카라 게임의 실제 측정 값에 대해 Starc에 의해 제공되었습니다 이상적으로,이 실제 측정 값과 HISIM의 시뮬레이션 값 사이의 오차는 0이고, 매개 변수 값은 오류가 가능한 한 작은 것도 조정됩니다 실험 결과는 실제 측정 된 값을 HISIM을 사용하여 시뮬레이션 값과 비교할 때 매개 변수가 채널 길이가 100 nm 인 바카라 게임의 드레인 전류-드레인 전압 특성과 잘 일치 함을 보여줍니다 [그림 참조 5] 및 채널 길이가 100 nm 인 바카라 게임의 배출 전류-게이트 전압 특성 [그림 참조 6] 현재 특성은 채널 길이 100nm을 포함하여 8 개의 바카라 게임 크기에 대한 것입니다RMS 오류25% 미만 일치 [표 1 참조] 이를 통해 다양한 바카라 게임 크기의 MOSFET을 사용하여 설계된 복잡한 시스템 LSI에도 정확한 회로 시뮬레이션이 가능합니다 설정에 필요한 시간은 하나의 PC와 8 개 PC를 사용하여 약 23 시간이었습니다PC 클러스터완료하는 데 약 3 시간이 걸렸으므로 숙련 된 사람들조차도 며칠에서 일주일이 걸리는 시간을 크게 단축하고 자동화 할 수 있습니다
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그림 5 : LG (채널 길이) 010µm 및 WG (채널 폭)의 20µm 인 MOSFET의 드레인 전류-드레인 전압 특성과 일치하는 결과
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그림 6 : LG (채널 길이) 010µm 및 WG (채널 폭)의 20µm 인 MOSFET의 드레인 전류 전압 특성과 일치하는 결과
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채널 길이 (µm)
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rms (%)
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0.10
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1.40
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0.11
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1.23
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0.13
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2.04
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0.20
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2.24
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0.30
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2.33
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1.00
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2.21
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5.00
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1.22
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10.0
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1.52
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표 1 : 각 채널 길이에 대한 정렬 오류
앞으로는 실제 측정 데이터로 더 많은 조정 실험을 계속 수행하고 HISIM의 자동 조정 기술의 신뢰성을 확인하고 AIST 인증 벤처 회사 인 ERI를 통해 상용화 할 계획입니다 또한, 우리는 HISIM 자동 정렬 기술의 추가 효과를 확인하기 위해 고주파 영역에서 고정밀 정렬 실험을 수행 할 계획입니다
또한 차세대 바카라 게임 모델과 관련하여 표준화를 촉진하는 민간 조직인 CMC (Compact Model Council)가 현재 사용되고 있습니다표준화 활동수행되고 있습니다 HISIM은 현재 아시아의 유일한 표준 모델 후보로 간주되고 있으며,이 연구 개발의 결과는 HISIM의 표준화를 촉진 할 것으로 예상됩니다