鰭型場效應(yīng)晶體管中柵邊緣粗糙度效應(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，涉及到鰭型場效應(yīng)晶體管中柵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越不容忽 視。器件的隨機(jī)漲落是由于器件制備過程中，不可避免的工藝不確定性造成的，會導(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)。柵邊緣粗糙度可以從器件的電鏡照片中提取。柵邊緣 粗糙度一般采用基于自相關(guān)函數(shù)理論的方法來進(jìn)行表征，主要有兩個(gè)表征參數(shù)：均方差 Δ CER和自相關(guān)長度Λ eER。均方差△ eER表征柵邊緣粗糙度的幅度，而自相關(guān)長度Λ eER表征柵 邊緣粗糙度的在空間上的變化周期。這兩個(gè)表征參數(shù)的值是由工藝過程決定的。
[0004] 目前，對于鰭邊緣粗糙度和柵邊緣粗糙度都沒有可預(yù)測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)漲落對器件的影響，簡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)測性，即無法考慮到器件設(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 將漲落對器件的影響完全看作是對閾值電壓的影響，忽略了對器件其它參數(shù)，比如亞閾值 斜率等的影響，會導(dǎo)致對電路漲落的錯(cuò)誤估計(jì)。因此，提出一種準(zhǔn)確的同時(shí)具有可預(yù)測性的 針對鰭型場效應(yīng)晶體管的柵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)測性集約模型的針對鰭型場效應(yīng)晶體管中 柵邊緣粗糙度效應(yīng)的電路仿真方法。
[0006] 本發(fā)明提供的鰭型場效應(yīng)晶體管中柵邊緣粗糙度效應(yīng)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柵邊緣，計(jì)算它的自相關(guān)函數(shù)；
[0008] 2)利用公式 y(Lg,eff)=Lg
[0011]得到鰭邊緣粗糙度影響下Lg, rff漲落的均值和方差；
[0009]
[0010]
[0012] 3)將上述Lg,eff漲落的均值和方差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，即可得到柵邊緣粗糙度效應(yīng)的電路性能。
[0013] 其中，從柵線條的電鏡照片中提取出粗糙的柵邊緣，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，得到柵邊緣粗糙度的兩個(gè)表征參數(shù):均方根△ CER和相關(guān)長 度 Λ ger〇
[0014] 從物理機(jī)制上看，柵邊緣粗糙度的影響，主要在于改變了了溝道的有效長度!^^。 因此，由1中得到的柵邊緣粗糙度的表征參數(shù)以及電路仿真中所采用的鰭型場效應(yīng)晶體管 的鰭寬W Fin和鰭高HFin，再根據(jù)以下公式，計(jì)算所造成的Lg,eff漲落的均值和方差：
[0015] 均值:y(Lg,eff)=Lg
[0016] 方差
（適用于雙柵型場效應(yīng)晶體管）
[0017]
丨（適用于三柵型場效應(yīng)晶體管）
[0018] 這里，RCER(*)為1中擬合柵邊緣粗糙度的自相關(guān)函數(shù)。
[0019]根據(jù)上述計(jì)算公式，得到柵邊緣粗糙度影響下的溝長Lg,rff漲落的均值和方差，加 入到電路仿真的網(wǎng)表中，用電路仿真軟件進(jìn)行電路仿真，即可得到柵邊緣粗糙度所造成的 電路漲落影響，進(jìn)而得到電路性能參數(shù)的漲落影響。
[0020] 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。
【附圖說明】
[0021] 圖1本發(fā)明的電路仿真方法的流程示意圖。
[0022] 圖2本發(fā)明鰭場效應(yīng)晶體管示意圖，其中（a)鰭場效應(yīng)晶體管的側(cè)視示意圖；（b)具 有理想溝道和粗糙柵邊緣的鰭型場效應(yīng)晶體管的頂視示意圖；
[0023] 圖3本發(fā)明柵邊緣粗糙度的提取和表征流程示意圖，其中（a)為柵邊緣粗糙度的電 鏡照片；（b)為從電鏡照片中提取得到的結(jié)果；（c)為柵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△ cer和自相關(guān)長度Acer的不意圖；
[0024] 圖4靜態(tài)隨機(jī)存儲器SRAM的電路示意圖；
[0025] 圖5電路仿真得到的SRAM的蝶形圖；
[0026] 圖6根據(jù)SRAM蝶形圖提取得到的SRAM的電路性能參數(shù)--靜態(tài)噪聲容限S匪的分 布圖。
[0027]具體實(shí)施方法
[0028] 下面將通過實(shí)例并結(jié)合附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明的電路仿真方法。
[0029] 本實(shí)例考慮基于SOI襯底的雙柵型鰭型場效應(yīng)晶體管中柵邊緣粗糙度對于靜態(tài)隨 機(jī)存儲器(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 柵型鰭型場效應(yīng)晶體管的基本結(jié)構(gòu)和參數(shù)定義如圖2所示。
[0030] 具體步驟：
[0031] 1)如圖3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 用高斯函！
：行擬合，得到擬合參數(shù)八(^ = 2/3]1111，人(；服=3〇11111〇
[0032] 2)采用雙柵型鰭型場效應(yīng)晶體管中〇Lg,eff的計(jì)算公式，R GER(*)采用高斯形式，得到 Lg的均值和方差如下：
[0033] 均值:y(Ueff)=Le
[0034] 方差
[0035] 3)本實(shí)例采用的鰭型場效應(yīng)晶體管的1^為2〇11111，1咖為1〇11111，因此，計(jì)算得到
[0036] 均值:y(Lg,eff) = 20nm
[0037] 標(biāo)準(zhǔn)差：〇(Lg,eff)=0.45nm
[0038] 4)靜態(tài)隨機(jī)存儲器SRAM的電路示意圖如圖4所示。將SRAM的仿真網(wǎng)表中的溝長，變 為均值為20nm，標(biāo)準(zhǔn)差為0.45nm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5所示），提取得到SRAM的靜態(tài)噪聲容限 (SW)的分布如圖6所示。
[0040] 上面給出了本發(fā)明實(shí)施例的說明以用于理解本發(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)在對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯地，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. 一種罐型場效應(yīng)晶體管中柵邊緣粗糖度效應(yīng)的電路仿真方法，包括如下步驟： 1)從罐線條的電鏡照片中提取出粗糖的柵邊緣，計(jì)算它的自相關(guān)函數(shù)； 2 )利用公式y(tǒng) ( Lg, ef f )二 Lg得到罐邊緣粗糖度影響下Lg,eff漲落的均值和方差； 3)將上述Lg,eff漲落的均值和方差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，即可得到柵邊緣粗糖度效應(yīng)的電路性能。2. 如權(quán)利要求1所述的罐型場效應(yīng)晶體管中柵邊緣粗糖度效應(yīng)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，得到罐邊緣粗糖度的兩個(gè)表征參數(shù):均方根A FER和相 關(guān)長度Afer。3. 如權(quán)利要求1所述的罐型場效應(yīng)晶體管中柵邊緣粗糖度效應(yīng)的電路仿真方法，其特 征在于，步驟3)采用服PICE電路仿真軟件。4. 如權(quán)利要求3所述的罐型場效應(yīng)晶體管中罐邊緣粗糖度的電路仿真方法，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)明公開了一種鰭型場效應(yīng)晶體管中柵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)測性集約模型，首先從鰭線條的電鏡照片中提取出粗糙的柵邊緣，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溝長漲落的均值和方差，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
【公開號】CN105512365
【申請?zhí)枴緾N201510845557
【發(fā)明人】黃如, 蔣曉波, 王潤聲
【申請人】北京大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年11月26日