第 3 章 LDMOS 信頼性シミュレーション 20
3.4 シミュレーション
3.4.1 シミュレーションフロー
本研究ではループバックなして回路の信頼性をシミュレートするための方法を新し く検討している。図3.4に示すように非常に簡単で直感的な経年劣化回路シミュレーシ ョン方法を用いた。HiSIM-HV モデルはフレッシュな特性についての n チャネル
LDMOSデバイスをシミュレートするために適応されている、RdriftはHiSIM-HVモ
デルに内部変数として存在するため、ストレスデバイス特例は本研究の Rdrift 劣化モ デルを実装することによってシミュレートされる。我々は劣化モデルの有効と無効を切 り替えるスイッチパラメータを定義した。経年劣化モデルパラメータの抽出には静的バ イアスと温度ストレス測定値が使用され、過渡特性ストレスシミュレーション用にパル ス信号からRMSバイアスが計算される。
図3.6 回路信頼性シミュレーションで使用されるシミュレーションフローの概略図
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3.4.2 SPICEへの実装
本研究で開発した新たな劣化モデルは、SPICECソースコードのHiSIM-HVモデル に実装可能である。図3.6に示すような信頼性シミュレーションフローを実行すること により、モデルパラメータを抽出するために、フレッシュなLDMOSデバイスのI-Vお よび C-V測定を実行し、モデルパラメータを抽出することが出来る。すべての DCお よびキャパシタンスモデルのパラメータは正確に抽出され、最適化されている。我々の モデルの劣化パラメータを抽出するため、LDMOS デバイスのストレス測定値を得た。
詳細な手順は以下より示す。
しきい値電圧劣化（∆Vth）の式は以下のように表し、実装した。
∆𝑉
𝑡ℎ= 𝐶
𝐻𝐶𝐼∗ 𝑡
1
1+𝑛𝑥, (3.9)
CHCIとnxはフィッティングパラメータである。DC HCI MOSFETモデル［9］にし たがって、これは無視できるほど小さい値と考えられる。
3.4.3 ストレス測定と劣化シミュレーション
ゲート酸化膜厚、チャネル長、チャネル幅がそれぞれ 11.5nm、0.4μm、500μm の
LDMOSを作製し、フレッシュ及びストレスIds－Vgs、Ids－Vds特性を測定した。393K
の温度で31,620秒間、ゲートおよびドレインにストレス電圧を供給した。ストレス付
与プロセスの間、周期的にI-V測定を行った。また使用した劣化パラメータに関しては、
ストレス／フレッシュDC I-V、Idmax-time測定の結果を使用して抽出される。
以下の図に示されている劣化シミュレーションは、n チャネル LDMOS 特性を推定 するのに十分正確である。図3.8では、飽和領域におけるストレスシミュレーション曲 線の角度は不正確である。正しいシミュレーションを行うためには、追加のHiSIM-HV パラメータを追加して抽出し直す必要がある。
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図3.7 nチャネルLDMOSのフレッシュ／ストレスIds－Vgs特性
図3.8 nチャネルLDMOSのフレッシュ／ストレス Ids－Vds特性
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次に示す図3.9（a）および（b）に示すように、シミュレーション結果は短時間・長 時間の両方でストレス測定結果と一致している。ここで、IdmaxはVgs = 6 Vでのドレイ ン電流である。各記号はストレスをかけたときの測定値、直線はストレスを加えたシミ ュレーション、波線はフレッシュなシミュレーション結果を示す
10 100 1000 10000
12 13 14
Vds = 24.0 V
Vds = 21.6 V
Idmax[mA]
time [Sec]
Vds = 19.2 V
（a）
5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 12
13 14
Vds = 24.0 V
Vds = 21.6 V
Idmax[mA]
time [Sec]
Vds = 19.2 V
（b）
図3.9 フレッシュ/ストレスIdmax vs nチャネルLDMOSストレス時間特性
（a） 対数時間 （b）線形時間
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