CN108875200B - 通用型wpe优化模型及其提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用型WPE优化模型及其提取方法，包括如下步骤：第一步，设计不同WPE尺寸的器件结构；第二步，测量器件的数据；第三步，建立器件基本模型；第四步，对器件基本模型进行曲线拟合，如果拟合结果与器件数据相符，则进入第五步，否则修改器件基本模型的参数并重复该步骤；第五步，建立不同WPE尺寸的XY两个方向相关的距离函数模型；第六步，对距离函数模型进行曲线拟合，如果拟合结果与器件相符，则进入第七步，否则调整距离函数模型的参数并重复该步骤；第七步，根据器件基本模型和距离函数模型得到WPE优化模型并验证。本发明克服了原有的WPE模型不能同时兼顾X，Y方向的趋势调节，能更准地提取WPE对器件带来的影响，提高WPE模型的适用性。

Description

通用型WPE优化模型及其提取方法

技术领域

本发明属于半导体集成电路领域，特别是先进工艺里器件stress模型在不同阱环境效应相关特性的表征,具体属于一种通用型WPE优化模型及其提取方法。

背景技术

随着半导体的工艺制程越来越先进，元器件尺寸越来越小，器件周围的环境对于器件本身的电学特性影响越来越明显。现在先进工艺中为了提高器件载流子的迁移率而引入大量的应力增强技术，这些都导致器件周围的环境对器件自身的电学特性影响越来越大。

阱邻近效应(Well Edge-Proximity Effect，简称WPE)，其产生的原因在于：植入的离子在光阻材料上发生了散射，在光阻边缘散射离子进入到阱硅表面(即沟道)，影响到边缘区域的掺杂浓度，改变了光阻边缘器件的阈值电压，并对器件的迁移率产生影响，据观察阈值偏差可以达到20-100mv，横向范围约3-10um。而且，阱邻近效应在横向X方向和纵向Y方向的影响因工艺原因导致的stress效果也是不同的。

目前，通用型WPE模型的架构如下所示：

VTH0＝vth0org+KVTH0we*(SCA+WEB*SCB+WEC*SCC) (1)

μ_eff＝μ_eff,org*(1+ku0we*(SCA+WEB*SCB+WEC*SCC)) (2)

在上述三个公式中，VTH0为阈值电压，vth0org为基本模型的阈值电压，KVTH0we为阈值电压偏移参数，SCA、SCB、SCC为计算折合后的距离因子，WEB和WEC为模型拟合参数，μ_eff为有效迁移率因子，μ_eff,org为基本模型的有效迁移率，ku0we为迁移率变化参数，SCX为SCA、SCB、SCC的基本折算公式，W是器件栅极区域的宽度，L是器件栅极区域的长度，sc_i为阱的边缘与器件沟道中与阱边缘相邻的边缘在X方向和Y方向的不同距离，n和m为与版图有关的系数，SCref为根据工艺设置的基准距离值。

现有的WPE模型没有办法同时兼顾到横向X方向和纵向Y方向这两方向，这也是目前的WPE模型里面所欠缺的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种通用型WPE优化模型及其提取方法，可以克服现有通用型WPE模型不能同时兼顾XY两个方向的趋势调节。

为解决上述技术问题，本发明提供的通用型WPE优化模型的提取方法，包括如下步骤：

第一步，设计不同WPE尺寸的器件结构；

第二步，测量器件的数据；

第三步，建立器件的基本模型；

第四步，对器件基本模型进行常规模型曲线拟合，如果拟合结果与器件数据相符，则进入第五步，否则修改器件基本模型相关的参数并重复该步骤；

第五步，建立不同WPE尺寸的XY两个方向相关的距离函数模型；

第六步，对距离函数模型进行曲线拟合，如果拟合结果与器件数据相符，则进入第七步，否则调整距离函数模型的参数，并重复该步骤；

第七步，利用器件基本模型和距离函数模型得到新的WPE优化模型，并验证器件的WPE优化模型。

其中，在第二步中，器件的数据包括栅极区域的长度和宽度。

其中，在第四步中，对器件基本模型的尺寸、电压、温度进行曲线拟合。

其中，在第五步中，与WPE相关的距离函数模型公式如下：

其中，X1和X2分别为在横向方向上阱边缘和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，Y1和Y2分别为在纵向方向上阱边缘和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，dvth_wpe为WPE对阈值电压的影响偏移量，fu0_wpe为WPE对迁移率的影响因子，fvsat_wpe为WPE对饱和速率的影响因子，W为器件栅极区域的宽度，L为器件栅极区域的长度，kvth0wea、kvth0web，ku0wea、ku0web，kvsatwea、kvsatweb、b1、c1、d1、b2、c2、d2，α1、β1、α2、β2，A1、A2都为拟合参数，pwr()为求幂函数，l、w、p分别为与尺寸相关的比例因子。

进一步的，距离函数模型中拟合参数以及与尺寸相关的比例因子的确定步骤如下：

步骤1，固定阱边缘与器件沟道对应边缘在横向方向上的距离，多次变换阱边缘与器件沟道对应边缘在纵向方向上的距离；

步骤2，固定阱边缘与器件沟道对应边缘在纵向方向上的距离，多次变换阱边缘与器件沟道对应边缘在横向方向上的距离；

步骤3，计算得到所有的拟合参数以及与尺寸相关的比例因子。

或者进一步的，距离函数模型中拟合参数以及与尺寸相关的比例因子的确定步骤如下：

步骤1，固定阱边缘与器件沟道对应边缘在纵向方向上的距离，多次变换阱边缘与器件沟道对应边缘在横向方向上的距离；

步骤2，固定阱边缘与器件沟道对应边缘在横向方向上的距离，多次变换阱边缘与器件沟道对应边缘在纵向方向上的距离；

步骤3，计算得到所有的拟合参数以及与尺寸相关的比例因子。

其中，在第七步中，新的WPE优化模型公式如下：

F(vth0)＝f(vth0)+dvth_wpe

F(u0)＝f(u0)*fu0_wpe

F(vsat)＝f(vsat)*fvsat_wpe

其中，vth0为阈值电压，u0为物理迁移率，vsat为饱和速率，f(vth0)、f(u0)、f(vsat)是器件基本模型中关于阈值电压、物理迁移率、饱和速率的函数关系。

本发明克服了原有的WPE模型不能同时兼顾X，Y方向的趋势调节，能更准地提取WPE对器件带来的影响，设计者可以通过仿真该模型了解器件在阱离器件沟道的距离不同时的性能情况，以便在电路开始设计的时候将该因素考虑进去，这样就可以使该优化模型更能反映实际器件特性，提高WPE模型的适用性。

附图说明

图1为本发明的通用型WPE优化模型的提取流程图；

图2为采用本发明WPE优化模型的器件版图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

为了克服现有WPE模型无法兼顾XY两个方向的趋势调节的问题，本发明引入与阱边缘离器件沟道对应边缘之间不同距离(X1，Y1，X2，Y2)相关的函数，进行通用型WPE优化模型的提取。如图2所示，版图包括阱201和栅极区域204，沟道区域202和有源区域203均形成于阱201内，栅极区域204的长度为L，宽度为W。

具体的通用型WPE优化模型的提取方法，如图1所示，包括如下步骤：

第一步，设计不同WPE尺寸的器件结构，其中不同WPE尺寸指的是阱边缘与器件沟道相邻边缘之间的距离X1、Y1、X2、Y2发生变化；

第二步，测量器件的数据，包括栅极区域204的长度L和宽度W，如图2所示；

第三步，建立器件的基本模型；

第四步，对器件基本模型的尺寸、电压、温度等相关数据进行常规模型曲线拟合，如果拟合结果与器件数据相符，则进入第五步，否则修改器件基本模型中与器件尺寸、电压、温度相关的参数并重复该步骤；

第五步，建立不同WPE尺寸的XY两个方向相关的距离函数模型；

第六步，对距离函数模型进行曲线拟合，如果拟合结果与器件数据相符，则进入第七步，否则调整距离函数模型的参数(即下述阱边缘与器件沟道中与阱边缘相邻的边缘在X方向和Y方向的距离(X1，Y1，X2，Y2)相关的函数模型中的拟合参数和与尺寸相关的比例因子)，并重复该步骤；

第七步，利用器件基本模型和距离函数模型得到新的WPE优化模型，并验证器件的WPE优化模型。

在本发明中，阱边缘与器件沟道中与阱边缘相邻的边缘在X方向和Y方向的距离(X1，Y1，X2，Y2)相关的函数模型，即在上述提取方法中的第五步中，计算公式如下：

上述三个公式中，X1和X2分别为在横向方向上阱边缘和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，Y1和Y2分别为在纵向方向上阱边缘和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，dvth_wpe为WPE对阈值电压的影响偏移量，fu0_wpe为WPE对迁移率的影响因子，fvsat_wpe为WPE对饱和速率的影响因子，W为器件栅极区域的宽度，L为器件栅极区域的长度，kvth0wea、kvth0web，ku0wea、ku0web，kvsatwea、kvsatweb、b1、c1、d1、b2、c2、d2，α1、β1、α2、β2，A1、A2都为本发明WPE的拟合参数，pwr()为求幂函数，l、w、p分别为与尺寸相关的比例因子。

基于器件的基本模型以及上述阱边缘与器件沟道中与阱边缘相邻的边缘在X方向和Y方向(X1，Y1，X2，Y2)相关的距离函数模型，可以得到上述提取方法第七步中新的通用型WPE优化模型如下：

F(vth0)＝f(vth0)+dvth_wpe (10)

F(u0)＝f(u0)*fu0_wpe (11)

F(vsat)＝f(vsat)*fvsat_wpe (12)

在上述公式中，vth0为阈值电压，u0为物理迁移率，vsat为饱和速率，f(vth0)、f(u0)、f(vsat)是在器件基本模型中关于阈值电压、物理迁移率、饱和速率的现有函数关系，其计算方式属于本领域公知常识，故在此不展开描述。

为了表征阱(Well)离器件沟道距离的变化(也就是不同WPE尺寸)对器件的影响，首先增加设计与之相关的版图。在增加的设计版图里，分别画出阱的各边缘与器件沟道对应边缘之间的不同距离X1，Y1，X2，Y2，如图2所示，对该设计版图的wafer进行数据测量(主要是栅极区域的长度L和宽度W)，对测量数据进行分析，同时针对器件模型的尺寸、电压、温度等数据进行常规的器件模型模拟，器件模型模拟完成后建立和阱边缘与器件沟道对应边缘之间距离相关的距离函数模型，通过曲线拟合调整与不同WPE尺寸的(X1，Y1，X2，Y2)相关函数中的所有拟合参数和比例因子，这样我们就可以得到考虑了不同WPE尺寸对器件影响的WPE优化模型。其中，距离函数模型(即公式7至公式9)初步建立后需要确定公式中的所有系数，通常固定阱边缘与器件沟道对应边缘在一个方向上的距离，多次变换阱边缘与器件沟道对应边缘在另一个方向上的距离得到足够的关系式，然后改变固定距离的对象，重复上述步骤，最终得到距离函数模型中的所有系数，包括拟合参数以及比例因子。也就是说，例如先固定阱边缘与器件沟道对应边缘在X方向上的距离X1和X2，变换阱边缘与器件沟道对应边缘在Y方向上的距离Y1和Y2，计算得到部分系数，再固定阱边缘与器件沟道对应边缘在Y方向上的距离Y1和Y2，变换阱边缘与器件沟道对应边缘在X方向上的距离X1和X2，得到其余系数。

因此，本发明克服了原有的WPE模型不能同时兼顾X，Y方向的趋势调节，能更准地提取WPE对器件带来的影响，设计者可以通过仿真该模型了解器件在阱离器件沟道的距离不同时的性能情况，以便在电路开始设计的时候将该因素考虑进去，这样就可以使该优化模型更能反映实际器件特性，提高WPE模型的适用性。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，本发明并不局限于上述实施方式。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (6)

1.一种通用型WPE优化模型的提取方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，设计不同WPE尺寸的器件结构；

第二步，测量器件的数据；

第三步，建立器件的基本模型；

第四步，对器件基本模型进行常规模型曲线拟合，如果拟合结果与器件数据相符，则进入第五步，否则修改器件基本模型相关的参数并重复该步骤；

第五步，建立不同WPE尺寸的XY两个方向相关的距离函数模型；

第六步，对距离函数模型进行曲线拟合，如果拟合结果与器件数据相符，则进入第七步，否则调整距离函数模型的参数，并重复该步骤；

第七步，利用器件基本模型和距离函数模型得到新的WPE优化模型，并验证器件的WPE优化模型；

在第五步中，与WPE相关的距离函数模型公式如下：

其中，X1和X2分别为在横向方向上阱边缘和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，Y1和Y2分别为在纵向方向上阱边缘和器件沟道中与该边缘相邻的边缘之间的距离，dvth_wpe为WPE对阈值电压的影响偏移量，fu0_wpe为WPE对迁移率的影响因子，fvsat_wpe为WPE对饱和速率的影响因子，W为器件栅极区域的宽度，L为器件栅极区域的长度，kvth0wea、kvth0web，ku0wea、ku0web，kvsatwea、kvsatweb、b1、c1、d1、b2、c2、d2，α1、β1、α2、β2，A1、A2都为拟合参数，pwr()为求幂函数，l、w、p分别为与尺寸相关的比例因子。

2.根据权利要求1所述的通用型WPE优化模型的提取方法，其特征在于，在第二步中，器件的数据包括栅极区域的长度和宽度。

3.根据权利要求1所述的通用型WPE优化模型的提取方法，其特征在于，在第四步中，对器件基本模型的尺寸、电压、温度进行曲线拟合。

4.根据权利要求1所述的通用型WPE优化模型的提取方法，其特征在于，距离函数模型中拟合参数以及与尺寸相关的比例因子的确定步骤如下：

步骤1，固定阱边缘与器件沟道对应边缘在横向方向上的距离，多次变换阱边缘与器件沟道对应边缘在纵向方向上的距离；

步骤2，固定阱边缘与器件沟道对应边缘在纵向方向上的距离，多次变换阱边缘与器件沟道对应边缘在横向方向上的距离；

步骤3，计算得到所有的拟合参数以及与尺寸相关的比例因子。

5.根据权利要求1所述的通用型WPE优化模型的提取方法，其特征在于，距离函数模型中拟合参数以及与尺寸相关的比例因子的确定步骤如下：

步骤1，固定阱边缘与器件沟道对应边缘在纵向方向上的距离，多次变换阱边缘与器件沟道对应边缘在横向方向上的距离；

步骤2，固定阱边缘与器件沟道对应边缘在横向方向上的距离，多次变换阱边缘与器件沟道对应边缘在纵向方向上的距离；

步骤3，计算得到所有的拟合参数以及与尺寸相关的比例因子。

6.根据权利要求1所述的通用型WPE优化模型的提取方法，其特征在于，在第七步中，新的WPE优化模型公式如下：

F(vth0)＝f(vth0)+dvth_wpe

F(u0)＝f(u0)*fu0_wpe

F(vsat)＝f(vsat)*fvsat_wpe

其中，vth0为阈值电压，u0为物理迁移率，vsat为饱和速率，f(vth0)、f(u0)、f(vsat)是器件基本模型中关于阈值电压、物理迁移率、饱和速率的函数关系。

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