估计电路的自发热特征的模拟系统及其设计方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求对于2014年8月18日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请 No. 10-2014-0107135的优先权，其整个内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003] 这里描述的技术涉及半导体电路的设计，更加具体来说，涉及用于估计电路的自 发热特征的模拟系统。
【背景技术】
[0004] 通常，使用用于设计半导体集成电路的原理图工具（schematictool)设计电路原 理图。电路原理图表示包括在半导体集成电路中的元件及元件之间的连接关系。接下来， 电路原理图的元件被设计具有诸如导电层、半导体层和绝缘层这样的材料层的图案。然后， 基于生成的布局通过迭代沉积和对材料层的图案化来设计具有所需要的功能的半导体集 成电路，以使得图案被垂直和水平地部署。
[0005] 在通过原理图工具生成半导体集成电路的电路原理图之后，通过使用模拟设备模 拟网表（netlist)来测试半导体集成电路的操作，所述网表由原理图工具提供。当模拟结 果不可接受时修订电路原理图。
[0006] 在为移动设备设计电路中，电路的自发热是一个问题。自发热影响设备性能和可 靠性。为此，设计分析环境需要被构造为考虑自发热特征来优化电路设计。可以使用用于 设计电路的热分析的专用模拟器。但是，在较早的设计阶段中，电路原理图的热分析在时间 和成本上不实际。
[0007]因此，急需使得电路设计师能够使用热分析结果优化电路的分析环境。
【发明内容】
[0008] 本申请的实施例的一方面教导提供一种使用由计算机执行的电路模拟工具设计 半导体电路的方法。所述方法包括：通过使用电路模拟工具计算半导体电路的元件的功耗； 基于所述每个元件的功耗和几何信息生成关于所述半导体电路的热网表；以及使用电路模 拟工具利用所述热网表执行所述半导体电路的操作的模拟以检测每个元件的温度。所述热 网表包括每个元件的热容信息。
[0009] 本申请的实施例的另一方面教导提供一种使用由信息处理设备执行的电路模拟 工具设计半导体电路的方法。所述方法包括：接收所述半导体电路的第一网表以及包括在 所述半导体电路中的元件的材料和几何信息；使用电路模拟工具通过第一网表进行半导体 电路的操作的第一模拟；基于根据第一模拟生成的元件的功耗、所述材料信息和所述几何 信息中的至少一个生成与所述半导体电路的热路相应的第二网表；使用电路模拟工具执行 所述半导体电路的第二模拟操作以检测所述元件的温度变化；以及基于检测到的温度变化 修订第一网表以生成第三网表。所述热路包括用于动态地检测所述元件的温度变化的热容 参数。
[0010] 本申请的实施例的又一方面教导提供一种模拟半导体电路的基于计算机的系统。 基于计算机的系统包括输入/输出设备、工作存储器和中央处理单元。所述输入/输出设 备被适配为接收半导体电路的电网表、包括在所述半导体电路中的元件的几何信息以及所 述元件的材料特征信息。所述工作存储器被适配为加载模拟程序。所述中央处理单元被适 配为基于从所述输入/输出设备提供的信息运行所述模拟程序。所述模拟程序包括：模拟 工具，被适配用于检验半导体电路的电路特征；和模拟控制模块，被适配为调用所述模拟工 具，使所述模拟工具使用所述电路网表计算功耗，根据所计算的功耗、所述几何信息和所述 材料特征信息生成所述半导体电路的热网表，以及使所述模拟工具利用所述热网表模拟所 述半导体电路的操作并且输出所述元件的热路特征。
[0011] 本申请的实施例的另一方面教导提供一种由运行模拟程序的计算机执行的模拟 电路的方法。所述方法包括：使用所述电路的电表示模拟所述电路的电操作，以识别所述电 路的多个每个元件的功率损耗。基于所识别的功率损耗和所述元件的特征生成每个元件的 热表示。
[0012] 在示范性实施例中，所述方法还包括基于每个元件的热表示和所识别的功率损耗 模拟所述电路的热操作。
[0013] 在示范性实施例中，所述方法还包括基于所述热操作的模拟生成每个元件的温度 特征。
[0014] 在示范性实施例中，所述方法还包括使用所述电路的电表示和所生成的元件的温 度特征模拟所述电路的另一电操作。
[0015] 在示范性实施例中，所述方法还包括使用所述电路的电操作的电表示和所生成的 元件的温度特征，从所述电路的电操作的模拟中识别一个或多个元件的性能下降。
[0016] 在示范性实施例中，所述每个元件的热表示包括热阻，其指示针对通过元件的识 别的功率损耗的、跨越所述元件的温度差。
[0017] 在在示范性实施例中，每个元件的热表示还包括热容。热容和热阻指示随时间温 度差的变化。
[0018] 在示范性实施例中，通过在电操作模拟的重复中用每个元件的热表示取代元件的 电表不来模拟热操作。
【附图说明】
[0019] 上述及其它目标和特征将从参照以下附图的以下描述中变得明显，附图中相同的 参考标记贯穿各个图指代相同的部件，除非另作说明，并且其中：
[0020] 图1A和图1B是示出根据本申请的实施例的、在电路与热路的元件之间的相应关 系的图；
[0021] 图2A和图2B是示意性地示出根据本申请的实施例的热路分析方法的图；
[0022] 图3是示出根据申请的实施例的模拟系统的框图；
[0023]图4是示意性地示出根据本申请的实施例的、图3中所示的模拟系统的电路模拟 方法的流程图；
[0024]图5是用于对热路建模的晶体管的剖视图；
[0025] 图6是示出图5中所示的M0SFET晶体管的等效热路的电路图；
[0026] 图7是示意性地示出根据本申请的另一实施例的、图3中所示的模拟系统的电路 模拟方法的流程图；
[0027]图8是示出根据本申请的实施例的用于热路的电路建模分析的例子的FinFET晶 体管的透视图；
[0028] 图9是示出以电路形式建模的图8的FinFET晶体管的等效热路的电路图；
[0029] 图10是具有不同于图8中所示的FinFET晶体管的形状的FinFET晶体管的透视 图；
[0030] 图11是示出具有图10中所示的多鳍（multi-fin)结构的FinFET晶体管的等效 热路的电路图；
[0031] 图12是具有多指（multi-finger)结构的FinFET晶体管的透视图；
[0032] 图13是示出图12中所示的多指结构的FinFET晶体管的等效热路的电路图；
[0033] 图14是示意性地示出根据本申请的实施例的运行以分析热路的模拟的结果的波 形图；
[0034] 图15是示意性地示出根据本申请的实施例的利用热网表执行模拟的结果的透视 图；
[0035] 图16是示意性地示出根据本申请的实施例的、使用电路模拟设计的环形振荡器 的电路图；和
[0036] 图17是示意性地示出图16中所示的晶体管的温度变化的图。
【具体实施方式】
[0037] 将参考附图具体描述实施例。然而，本申请可以以各种不同的形式具体实现，并且 不应当是释为仅仅限制于这里示出的实施例。而是，提供这些实施例为示例以使得本公开 将是彻底的和完全的，并且将向本领域技术人员充分传达本申请的概念。因此，对于本申请 的一些实施例来说不描述已知的处理、元件和技术。除非另作说明，否则同样的参考标记贯 穿附图和所写的描述表示同样的元件，因而将不重复对其的描述。在附图中，层和区域的大 小和相对大小为了清楚而可能夸大。
[0038] 将理解的是，虽然术语"第一"、"第二"、"第三"等等可以在这里用来描述各种元 素、组件、区域、层和/或部分，但是，这些元素、组件、区域、层和/或部分不应当局限于这些 术语。这些术语仅仅用于将一个元素、组件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开。 因而，下面讨论的第一元素、组件、区域、层或部分可以称作第二元素、组件、区域、层或部分 而不脱离本申请的教导。
[0039] 诸如"在之下"、"下方"、"较下"、"在上方"、"上方"等等的空间相对项可以在这里 使用，以便于描述如图中所示一个元素或特征对另一元素（多个）或特征（多个）的相对 关系。将理解的是，空间相对术语意图是包括除了图中所绘的方向之外在使用或操作中的 设备的不同方向。例如，如果图中的设备反转，则被描述为在其它元素或特征"之下"或"下 方"的元素将转向在该其它元素或特征"上方"。因而，示范性术语"下面"和"下方"可以包 括上方和下方两个方向。否则，设备可以向东（旋转90度或其它方向）并且从而解释这里 使用的空间相对描述符。另外，还将理解的是，当一个元素或层被称作在两个层"之间"时， 它可以是在两个层之间的唯一一个层，或者还可以存在一个或多个居间层。
[0040] 这里使用的术语仅是出于描述特定示范性实施例的目的而不是意在本申请的限 制。如这里使用的，单数形式的"一"、"该"和"所述"意在也包括复数形式，除非上下文清楚 地指示不是这样。还将理解，术语"包括"和/或"包含"在本说明书中使用时，指定存在所 述特征、整体、步骤、操作、元素和/或元件，而不排除存在或增加一个或多个其它特征、整 体、步骤、操作、元素、元件和/或其群组。如这里所使用的，术语"和/或"包括一个或多个 相关联的所列项中任意一个或全部组合。而且，术语"示范性〃是用来指代例子或者图解。 [0041 ] 应当明白，当一个元素或层被称作"在其上"、"连接到"、"耦接到"或"邻近于"另 一个元素或层时，它可以是直接在其上、连接到、耦接到或邻近于其它元素或层，或者可以 存在一个或多个中间元素或层。相反，当一个元素被称作"直接在其上"、"直接连接到"、"直 接耦接到"或"紧邻于"另一个元素或层时，没有中间元素或层存在。
[0042] 除非以别的方式定义，否则这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具 有与本申请所属的领域的技术人员通常所理解的相同的意义。还将理解的是，诸如在通常 使用的词典中定义的那些术语应该解释为具有与相关技术和/或本说明书的上下文中的 意义一致的