鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中鰭邊緣粗糙度效應(yīng)的電路仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微電子器件領(lǐng)域，涉及到鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中鰭邊緣粗糙度的電路仿 真方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著半導(dǎo)體器件尺度的逐漸縮小，器件中隨機(jī)漲落的影響正在變得越來(lái)越不容忽 視。器件的隨機(jī)漲落是由于器件制備過(guò)程中，不可避免的工藝不確定性造成的，會(huì)導(dǎo)致器件 電學(xué)特性，比如閾值電壓的漲落，進(jìn)一步地，會(huì)不可避免地造成電路性能參數(shù)的漲落。電路 性能參數(shù)的漲落會(huì)最終導(dǎo)致芯片制備時(shí)的良率損失。因此，電路設(shè)計(jì)者需要在電路設(shè)計(jì)時(shí) 就提前考慮到器件中隨機(jī)漲落對(duì)電路特性的影響，這就需要有相應(yīng)的可供電路仿真使用的 隨機(jī)漲落的集約模型。
[0003] 另一方面，鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)正在逐步取代傳統(tǒng)的平面結(jié)構(gòu)器件，成為 半導(dǎo)體工業(yè)中的主力軍。在鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，隨機(jī)漲落源主要有金屬功函數(shù)漲落、鰭邊 緣粗糙度(FER)、柵邊緣粗糙度(GER)。鰭邊緣粗糙度可以從器件的電鏡照片中提取。鰭邊緣 粗糙度一般采用基于自相關(guān)函數(shù)理論的方法來(lái)進(jìn)行表征，主要有兩個(gè)表征參數(shù)：均方差 A FER和自相關(guān)長(zhǎng)度Λ FER。均方差Δ FER表征鰭邊緣粗糙度的幅度，而自相關(guān)長(zhǎng)度Λ FER表征鰭 邊緣粗糙度的在空間上的變化周期。這兩個(gè)表征參數(shù)的值是由工藝過(guò)程決定的。
[0004] 目前，對(duì)于鰭邊緣粗糙度和柵邊緣粗糙度都沒(méi)有可預(yù)測(cè)性的集約模型供電路模擬 使用。傳統(tǒng)的電路模擬方法，是將隨機(jī)漲落對(duì)器件的影響，簡(jiǎn)化為所造成的器件閾值電壓的 漲落，直接加入到電路仿真當(dāng)中。然而，這一方法具有很多局限性。首先，這一方法完全不具 有預(yù)測(cè)性，即無(wú)法考慮到器件設(shè)計(jì)參數(shù)或者工藝變化所導(dǎo)致的漲落的變化。其次，這一方法 將漲落對(duì)器件的影響完全看作是對(duì)閾值電壓的影響，忽略了對(duì)器件其它參數(shù)，比如亞閾值 斜率等的影響，會(huì)導(dǎo)致對(duì)電路漲落的錯(cuò)誤估計(jì)。因此，提出一種準(zhǔn)確的同時(shí)具有可預(yù)測(cè)性的 針對(duì)鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭邊緣粗糙度的電路仿真方法是非常有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于可預(yù)測(cè)性集約模型的針對(duì)鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中 鰭邊緣粗糙度效應(yīng)的電路仿真方法。
[0006] 本發(fā)明提供的鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中鰭邊緣粗糙度的電路仿真方法，包括如下步 驟：
[0007] 1)從鰭線條的電鏡照片中提取出粗糙的鰭邊緣，計(jì)算它的自相關(guān)函數(shù)；
[0008] 2)利用公式f0WFin,min卜（卜€(wěn)〇 · · f20WFin,min)，得到鰭邊緣粗糙 度影響下的鰭寬的分布值；
[0009] 3)將f(SWFin,min)嵌入到電路仿真軟件的仿真網(wǎng)表，或先利用f(SW Fin,min)計(jì)算得到f swFin,min的均值和方差，再將其嵌入到電路仿真軟件的仿真網(wǎng)表中，，用電路仿真軟件進(jìn)行 電路仿真，即可得到鰭邊緣粗糙度所造成的電路性能。
[0010] 其中，從鰭線條的電鏡照片中提取出粗糙的鰭邊緣，計(jì)算它的自相關(guān)函數(shù)，用適當(dāng) 的函數(shù)形式，比如高斯函數(shù)擬合，得到鰭邊緣粗糙度的兩個(gè)表征參數(shù):均方根△ FER和相關(guān)長(zhǎng) 度 Λ fer〇
[0011] 從物理機(jī)制上看，鰭邊緣粗糙度的影響在于改變了溝道區(qū)域的最小鰭寬wFin,min， 改變量SW Fin,min的分布可以通過(guò)下列公式計(jì)算：
[0012] fi = pdf (δψρ?η)
[0014] f(5ffFin,min) ? (1-α) . fi(5ffFin,min)+a · f2(5ffFin,min)
[0015] 其中，pdf (SWFin)和cdf (SWFin)為鰭寬偏量_in的概率密度分布和累計(jì)概率密度分 布，可以通過(guò)測(cè)量得到。，為滑動(dòng)平均因子，參數(shù)m通過(guò)擬合得 到。
[0016] 可以發(fā)現(xiàn)，f 1和f2分別為L(zhǎng)g遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Λ FER和遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Λ FER時(shí)的兩個(gè)特例。
[0017] 根據(jù)上述計(jì)算公式，得到鰭邊緣粗糙度影響下的鰭寬的分布，將上述鰭寬分布值 嵌入到SPICE的仿真網(wǎng)表中，或者利用上述鰭寬的分布值，得到鰭寬的均值和方差，將均值 和方差嵌入到SPICE的仿真網(wǎng)表中，，用SPICE電路仿真軟件進(jìn)行電路仿真，即可得到鰭邊緣 粗糙度所造成的器件特性漲落影響，進(jìn)而得到電路性能參數(shù)的漲落影響。
[0018] 采用本發(fā)明可以很準(zhǔn)確地得到的器件特性漲落影響，且所有參數(shù)都可以用TCAD蒙 特卡洛仿真得到的結(jié)果進(jìn)行基準(zhǔn)調(diào)整。與傳統(tǒng)方法相比，可以預(yù)測(cè)器件的亞閾斜率SS的漲 落，以及亞閾斜率SS和閾值電壓V th的相關(guān)性。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1本發(fā)明實(shí)施例電路仿真方法的流程示意圖。
[0020] 圖2本發(fā)明鰭場(chǎng)效應(yīng)晶體管示意圖，其中（a)鰭場(chǎng)效應(yīng)晶體管的側(cè)視示意圖；（b)具 有理想柵和粗糙鰭邊緣的鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的頂視示意圖；
[0021 ]圖3本發(fā)明鰭邊緣粗糙度影響下的鰭寬的分布示意圖，其中（a)Lg遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Λ FER時(shí) 的鰭邊緣粗糙度示意圖；遠(yuǎn)大于Λ FER時(shí)的鰭邊緣粗糙度示意圖；
[0022]圖4本發(fā)明實(shí)施例鰭邊緣粗糙度的提取和表征流程示意圖，其中（a)為鰭邊緣粗糙 度的電鏡照片；（b)為從電鏡照片中提取得到的結(jié)果；（c)為鰭邊緣粗糙度的自相關(guān)函數(shù)，用 高斯函數(shù)擬合，從而得到表征參數(shù)均方差A(yù) FER和自相關(guān)長(zhǎng)度Λ FER的示意圖；
[0023]圖5本發(fā)明SPICE的仿真軟件中的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM的電路示意圖；
[0024]圖6本發(fā)明實(shí)施例中SPICE的電路仿真得到的SRAM的蝶形圖；
[0025]圖7本發(fā)明實(shí)施例中根據(jù)SRAM蝶形圖提取得到的SRAM的電路性能參數(shù)一一靜態(tài)噪 聲容限S匪的分布圖。
[0026]具體實(shí)施方法
[0027]下面將通過(guò)實(shí)例并結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明提供的鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中鰭邊緣 粗糙度的電路仿真方法。
[0028] 本實(shí)例考慮基于SOI襯底的雙柵型鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中鰭邊緣粗糙度對(duì)于靜態(tài)隨 機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)電路的性能參數(shù)一一靜態(tài)噪聲容限（S匪)的影響，整體流程如圖1所示。雙 柵型鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基本結(jié)構(gòu)和參數(shù)定義如圖2所示。其中，1^遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于A FE[^PLg遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于Λ FER這兩個(gè)極端情形情況下的鰭邊緣粗糙度示意圖如圖3所示。
[0029] 具體步驟：
[0030] 1)如圖4所示，根據(jù)柵的電鏡照片，提取出粗糙的柵邊緣，計(jì)算它的自相關(guān)函數(shù)，并
進(jìn)行擬合，得到擬合參數(shù)Δ FER = 2/3nm，AFER = 30nm〇
[0031] 2)更準(zhǔn)確地，方法一將f(SWFin,min)嵌入到SPICE的仿真網(wǎng)表中進(jìn)行計(jì)算。但在本實(shí) 例中，為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，方法二可以先利用f(sw Fin,min)計(jì)算得到SWFin,min的均值和方差，再將 其嵌入到SPICE的仿真網(wǎng)表中進(jìn)行計(jì)算。本實(shí)例采用的鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的L gS20nm，WFin 為1 Onm，因此，計(jì)算得到
[0032] 5ffpin,min的均值和方差如下：
[0033] 均值:y(SWFin,min)=-〇.27nm
[0034] 標(biāo)準(zhǔn)差：〇(5WFin,min)=〇.62nm
[0035] 3)將最小鰭寬WFin,-作為ffFin，故得到
[0036] 均值：y(WFin)=9.73nm
[0037] 標(biāo)準(zhǔn)差：〇(WFin) =〇.62nm
[0038] 4)靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM的電路示意圖如圖5所示。將SPICE的仿真網(wǎng)表中的鰭寬 WFin，變?yōu)榫禐?.73nm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.62nm的高斯分布的隨機(jī)變量，選擇電路仿真軟件 HSPICE中的蒙特卡洛模式進(jìn)行電路仿真。
[0039] 5)根據(jù)電路仿真得到的蝶形曲線（如圖6所示），提取得到SRAM的靜態(tài)噪聲容限 (SW)的分布如圖7所示。
[0040] 上面給出了本發(fā)明實(shí)施例的說(shuō)明以用于理解本發(fā)明。應(yīng)理解，本發(fā)明不限于這里 描述的特定實(shí)施例，而是如現(xiàn)在對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)明顯地，能夠進(jìn)行各種修改、調(diào)整和 替代而不偏離本發(fā)明的范圍。因此，下面的權(quán)利要求意圖涵蓋落在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神和范 圍內(nèi)的這樣的修改和變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中鰭邊緣粗糙度的電路仿真方法，包括如下步驟： 1) 從鰭線條的電鏡照片中提取出粗糙的鰭邊緣，計(jì)算它的自相關(guān)函數(shù)； 2) 利用公式f〇WFin,min卜（1-α) · fMWpi^iJ+a · f20WFin,min)，得到鰭邊緣粗糙度影 響下的鰭寬的分布值； 3) 將f(SWFin,min)嵌入到電路仿真軟件的仿真網(wǎng)表，或先利用f(SWFin, min)計(jì)算得到δ WFin,min的均值和方差，再將其嵌入到電路仿真軟件的仿真網(wǎng)表中，用電路仿真軟件進(jìn)行電 路仿真，即可得到鰭邊緣粗糙度所造成的電路性能。2. 如權(quán)利要求1所述的鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中鰭邊緣粗糙度的電路仿真方法，其特征在 于，步驟1)中采用高斯函數(shù)擬合，得到鰭邊緣粗糙度的兩個(gè)表征參數(shù):均方根A FER和相關(guān)長(zhǎng) 度 Λ fer〇3. 如權(quán)利要求1所述的鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中鰭邊緣粗糙度的電路仿真方法，其特征在 于，步驟3)采用HSPICE電路仿真軟件。4. 如權(quán)利要求3所述的鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中鰭邊緣粗糙度的電路仿真方法，其特征在 于，采用HSPICE電路仿真軟件中的蒙特卡洛模式進(jìn)行電路仿真。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中鰭邊緣粗糙度的電路仿真方法，屬于微電子器件領(lǐng)域。該電路仿真方法基于可預(yù)測(cè)性集約模型，首先從鰭線條的電鏡照片中提取出粗糙的鰭邊緣，計(jì)算它的自相關(guān)函數(shù)，然后利用計(jì)算公式得到鰭邊緣粗糙度影響下的鰭寬的分布，嵌入到電路仿真軟件的仿真網(wǎng)表中進(jìn)行電路仿真，即可得到鰭邊緣粗糙度所造成的電路性能參數(shù)。采用本發(fā)明可以很準(zhǔn)確地得到的器件特性漲落影響，且所有參數(shù)都可以用TCAD蒙特卡洛仿真得到的結(jié)果進(jìn)行基準(zhǔn)調(diào)整。與傳統(tǒng)方法相比，可以預(yù)測(cè)器件的亞閾斜率SS的漲落,以及亞閾斜率SS漲落和閾值電壓Vth的相關(guān)性。
【IPC分類】G06F17/50
【公開(kāi)號(hào)】CN105574232
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510846309
【發(fā)明人】黃如, 蔣曉波, 王潤(rùn)聲
【申請(qǐng)人】北京大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年11月26日