CN105512365B - 鳍型场效应晶体管中栅边缘粗糙度效应的电路仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种鳍型场效应晶体管中栅边缘粗糙度的电路仿真方法，属于微电子器件领域。该电路仿真方法基于可预测性集约模型，首先从鳍线条的电镜照片中提取出粗糙的栅边缘，计算它的自相关函数，然后利用计算公式得到鳍边缘粗糙度影响下的沟长涨落的均值和方差，嵌入到电路仿真软件的仿真网表中进行电路仿真，即可得到鳍边缘粗糙度所造成的电路性能参数。采用本发明可以很准确地得到的器件特性涨落影响，且所有参数都可以用TCAD蒙特卡洛仿真得到的结果进行基准调整。与传统方法相比，可以预测器件的亚阈斜率SS的涨落,以及亚阈斜率SS涨落和阈值电压Vth的相关性。

Description

鳍型场效应晶体管中栅边缘粗糙度效应的电路仿真方法
技术领域
本发明属于微电子器件领域，涉及到鳍型场效应晶体管中栅边缘粗糙度的电路仿真方法。
背景技术
随着半导体器件尺度的逐渐缩小，器件中随机涨落的影响正在变得越来越不容忽视。器件的随机涨落是由于器件制备过程中，不可避免的工艺不确定性造成的，会导致器件电学特性，比如阈值电压的涨落，进一步地，会不可避免地造成电路性能参数的涨落。电路性能参数的涨落会最终导致芯片制备时的良率损失。因此，电路设计者需要在电路设计时就提前考虑到器件中随机涨落对电路特性的影响，这就需要有相应的可供电路仿真使用的随机涨落的集约模型。
另一方面，鳍型场效应晶体管(FinFET)正在逐步取代传统的平面结构器件，成为半导体工业中的主力军。在鳍型场效应晶体管中，随机涨落源主要有金属功函数涨落、鳍边缘粗糙度(FER)、栅边缘粗糙度(GER)。栅边缘粗糙度可以从器件的电镜照片中提取。栅边缘粗糙度一般采用基于自相关函数理论的方法来进行表征，主要有两个表征参数：均方差ΔGER和自相关长度ΛGER。均方差ΔGER表征栅边缘粗糙度的幅度，而自相关长度ΛGER表征栅边缘粗糙度的在空间上的变化周期。这两个表征参数的值是由工艺过程决定的。
目前，对于鳍边缘粗糙度和栅边缘粗糙度都没有可预测性的集约模型供电路模拟使用。传统的电路模拟方法，是将随机涨落对器件的影响，简化为所造成的器件阈值电压的涨落，直接加入到电路仿真当中。然而，这一方法具有很多局限性。首先，这一方法完全不具有预测性，即无法考虑到器件设计参数或者工艺变化所导致的涨落的变化。其次，这一方法将涨落对器件的影响完全看作是对阈值电压的影响，忽略了对器件其它参数，比如亚阈值斜率等的影响，会导致对电路涨落的错误估计。因此，提出一种准确的同时具有可预测性的针对鳍型场效应晶体管的栅边缘粗糙度的电路仿真方法是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于可预测性集约模型的针对鳍型场效应晶体管中栅边缘粗糙度效应的电路仿真方法。
本发明提供的鳍型场效应晶体管中栅边缘粗糙度效应的电路仿真方法，包括如下步骤：
1)从鳍线条的电镜照片中提取出粗糙的栅边缘，计算它的自相关函数；
2)利用公式μ(Lg，eff)＝Lg
得到鳍边缘粗糙度影响下Lg，eff涨落的均值和方差；
3)将上述Lg，eff涨落的均值和方差嵌入到电路仿真软件的仿真网表中，用电路仿真软件进行电路仿真， 即可得到栅边缘粗糙度效应的电路性能。
其中，从栅线条的电镜照片中提取出粗糙的栅边缘，计算它的自相关函数，用适当的函数形式，比如高斯函数拟合，得到栅边缘粗糙度的两个表征参数：均方根ΔGER和相关长度ΛGER。
从物理机制上看，栅边缘粗糙度的影响，主要在于改变了了沟道的有效长度Lg，eff。因此，由1中得到的栅边缘粗糙度的表征参数以及电路仿真中所采用的鳍型场效应晶体管的鳍宽WFin和鳍高HFin，再根据以下公式，计算所造成的Lg，eff涨落的均值和方差：
均值：μ(Lg，eff)＝Lg
方差：(适用于双栅型场效应晶体管)
(适用于三栅型场效应晶体管)
这里，RGER(*)为1中拟合栅边缘粗糙度的自相关函数。
根据上述计算公式，得到栅边缘粗糙度影响下的沟长Lg，eff涨落的均值和方差，加入到电路仿真的网表中，用电路仿真软件进行电路仿真，即可得到栅边缘粗糙度所造成的电路涨落影响，进而得到电路性能参数的涨落影响。
采用本发明可以很准确地得到的器件特性涨落影响，且所有参数都可以用TCAD蒙特卡洛仿真得到的结果进行基准调整。与传统方法相比，可以预测器件的亚阈斜率SS的涨落，以及亚阈斜率SS和阈值电压Vth的相关性。
附图说明
图1本发明的电路仿真方法的流程示意图。
图2本发明鳍场效应晶体管示意图，其中(a)鳍场效应晶体管的侧视示意图；(b)具有理想沟道和粗糙栅边缘的鳍型场效应晶体管的顶视示意图；
图3本发明栅边缘粗糙度的提取和表征流程示意图，其中(a)为栅边缘粗糙度的电镜照片；(b)为从电镜照片中提取得到的结果；(c)为栅边缘粗糙度的自相关函数，用高斯函数拟合，从而得到表征参数均方差ΔGER和自相关长度ΛGER的示意图；
图4静态随机存储器SRAM的电路示意图；
图5电路仿真得到的SRAM的蝶形图；
图6根据SRAM蝶形图提取得到的SRAM的电路性能参数——静态噪声容限SNM的分布图。
具体实施方法
下面将通过实例并结合附图，详细描述本发明的电路仿真方法。
本实例考虑基于SOI衬底的双栅型鳍型场效应晶体管中栅边缘粗糙度对于静态随机存储器(SRAM)电路的性能参数——静态噪声容限(SNM)的影响，整体流程如图1所示。双栅型鳍型场效应晶体管的基本结构和参数定义如图2所示。
具体步骤：
1)如图3所示，根据栅的电镜照片，提取出粗糙的栅边缘，计算它的自相关函数，并用高斯函数进行拟合，得到拟合参数ΔGER＝2/3nm，ΛGER＝30nm。
2)采用双栅型鳍型场效应晶体管中σLg,eff的计算公式，RGER(*)采用高斯形式，得到Lg的均值和方差如下：
均值：μ(Lg，eff)＝Lg
方差：
3)本实例采用的鳍型场效应晶体管的Lg为20nm，WFin为10nm，因此，计算得到
均值：μ(Lg，eff)＝20nm
标准差：σ(Lg，eff)＝0.45nm
4)静态随机存储器SRAM的电路示意图如图4所示。将SRAM的仿真网表中的沟长，变为均值为20nm，标准差为0.45nm的高斯分布的随机变量，选择电路仿真软件HSPICE中的蒙特卡洛模式进行电路仿真。
5)根据电路仿真得到的蝶形曲线(如图5所示)，提取得到SRAM的静态噪声容限(SNM)的分布如图6所示。
上面给出了本发明实施例的说明以用于理解本发明。应理解，本发明不限于这里描述的特定实施例，而是如现在对本领域技术人员来说明显地，能够进行各种修改、调整和替代而不偏离本发明的范围。因此，下面的权利要求意图涵盖落在本发明的实质精神和范围内的这样的修改和变化。

Claims (4)

1.一种鳍型场效应晶体管中栅边缘粗糙度效应的电路仿真方法，包括如下步骤：
1)从鳍线条的电镜照片中提取出粗糙的栅边缘，计算它的自相关函数；
2)利用公式μ(Lg，eff)＝Lg
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得到鳍边缘粗糙度影响下Lg，eff涨落的均值和方差，其中公式中Lg为鳍型场效应晶体管的沟长，WFin为鳍型场效应晶体管的鳍宽；HFin为鳍型场效应晶体管的鳍高；ΔGER为鳍型场效应晶体管的栅边缘粗糙度的均方根；ΛGER为鳍型场效应晶体管的栅边缘粗糙度的相关长度；Lg，eff为鳍型场效应晶体管沟道的有效长度；μ(Lg,eff)为Lg，eff涨落的均值；σ2(Lg,eff)为Lg，eff涨落的方差；
3)将上述Lg，eff涨落的均值和方差嵌入到电路仿真软件的仿真网表中，用电路仿真软件进行电路仿真，即可得到栅边缘粗糙度效应的电路性能。
2.如权利要求1所述的鳍型场效应晶体管中栅边缘粗糙度效应的电路仿真方法，其特征在于，步骤1)中采用高斯函数拟合，得到鳍边缘粗糙度的两个表征参数：均方根ΔFER和相关长度ΛFER。
3.如权利要求1所述的鳍型场效应晶体管中栅边缘粗糙度效应的电路仿真方法，其特征在于，步骤3)采用HSPICE电路仿真软件。
4.如权利要求3所述的鳍型场效应晶体管中栅边缘粗糙度效应的电路仿真方法，其特征在于，采用HSPICE电路仿真软件中的蒙特卡洛模式进行电路仿真。
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