鰭型場效應晶體管中柵邊緣粗糙度效應的電路仿真方法技術

本發明專利技術公開了一種鰭型場效應晶體管中柵邊緣粗糙度的電路仿真方法，屬于微電子器件領域。該電路仿真方法基于可預測性集約模型，首先從鰭線條的電鏡照片中提取出粗糙的柵邊緣，計算它的自相關函數，然后利用計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表中進行電路仿真，即可得到鰭邊緣粗糙度所造成的電路性能參數。采用本發明專利技術可以很準確地得到的器件特性漲落影響，且所有參數都可以用TCAD蒙特卡洛仿真得到的結果進行基準調整。與傳統方法相比，可以預測器件的亞閾斜率SS的漲落,以及亞閾斜率SS漲落和閾值電壓Vth的相關性。

Circuit simulation method for gate edge roughness effect in fin field effect transistor

The invention discloses a circuit simulation method for the gate edge roughness of a fin type field effect transistor, which belongs to the field of microelectronic devices. The circuit simulation method based on the predictability of the intensive model, we firstly extract the rough edge of the gate fin line from the SEM photographs, calculating the autocorrelation function of it, and then use the formula to calculate the mean and variance of the fin edge roughness under channel fluctuation, embedded simulation netlist circuit simulation software. Circuit simulation, circuit performance parameters can be obtained by the fin edge roughness. By adopting the method, the influence of the device characteristic fluctuation can be obtained accurately, and all parameters can be adjusted according to the results obtained by TCAD Monte Carlo simulation. Compared with the traditional method, the subthreshold slope SS can be predicted, and the correlation between subthreshold slope SS fluctuation and threshold voltage Vth can be predicted.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于微電子器件領域，涉及到鰭型場效應晶體管中柵邊緣粗糙度的電路仿真方法。
技術介紹
隨著半導體器件尺度的逐漸縮小，器件中隨機漲落的影響正在變得越來越不容忽視。器件的隨機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，會導致器件電學特性，比如閾值電壓的漲落，進一步地，會不可避免地造成電路性能參數的漲落。電路性能參數的漲落會最終導致芯片制備時的良率損失。因此，電路設計者需要在電路設計時就提前考慮到器件中隨機漲落對電路特性的影響，這就需要有相應的可供電路仿真使用的隨機漲落的集約模型。另一方面，鰭型場效應晶體管(FinFET)正在逐步取代傳統的平面結構器件，成為半導體工業中的主力軍。在鰭型場效應晶體管中，隨機漲落源主要有金屬功函數漲落、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函數理論的方法來進行表征，主要有兩個表征參數：均方差ΔGER和自相關長度ΛGER。均方差ΔGER表征柵邊緣粗糙度的幅度，而自相關長度ΛGER表征柵邊緣粗糙度的在空間上的變化周期。這兩個表征參數的值是由工藝過程決定的。目前，對于鰭邊緣粗糙度和柵邊緣粗糙度都沒有可預測性的集約模型供電路模擬使用。傳統的電路模擬方法，是將隨機漲落對器件的影響，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測性，即無法考慮到器件設計參數或者工藝變化所導致的漲落的變化。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，比如亞閾值斜率等的影響，會導致對電路漲落的錯誤估計。因此，提出一種準確的同時具有可預測性的針對鰭型場效應晶體管的柵邊緣粗糙度的電路仿真方法是非常有必要的。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種基于可預測性集約模型的針對鰭型場效應晶體管中柵邊緣粗糙度效應的電路仿真方法。本專利技術提供的鰭型場效應晶體管中柵邊緣粗糙度效應的電路仿真方法，包括如下步驟：1)從鰭線條的電鏡照片中提取出粗糙的柵邊緣，計算它的自相關函數；2)利用公式μ(Lg，eff)＝Lgσ2(Lg,eff)=12·[ΔGER2+RGER(WFin)]]]>σ2(Lg,eff)≈2·HFin2(2·HFin+WFin)2·[ΔGER2+RGER(WFin)]]]>得到鰭邊緣粗糙度影響下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表中，用電路仿真軟件進行電路仿真，即可得到柵邊緣粗糙度效應的電路性能。其中，從柵線條的電鏡照片中提取出粗糙的柵邊緣，計算它的自相關函數，用適當的函數形式，比如高斯函數擬合，得到柵邊緣粗糙度的兩個表征參數：均方根ΔGER和相關長度ΛGER。從物理機制上看，柵邊緣粗糙度的影響，主要在于改變了了溝道的有效長度Lg，eff。因此，由1中得到的柵邊緣粗糙度的表征參數以及電路仿真中所采用的鰭型場效應晶體管的鰭寬WFin和鰭高HFin，再根據以下公式，計算所造成的Lg，eff漲落的均值和方差：均值：μ(Lg，eff)＝Lg方差：σ2(Lg,eff)=12·[ΔGER2+RGER(WFin)]]]>(適用于雙柵型場效應晶體管)σ2(Lg,eff)≈2·HFin2(2·HFin+WFin)2·[ΔGER2+RGER(WFin)]]]>(適用于三柵型場效應晶體管)這里，RGER(*)為1中擬合柵邊緣粗糙度的自相關函數。根據上述計算公式，得到柵邊緣粗糙度影響下的溝長Lg，eff漲落的均值和方差，加入到電路仿真的網表中，用電路仿真軟件進行電路仿真，即可得到柵邊緣粗糙度所造成的電路漲落影響，進而得到電路性能參數的漲落影響。采用本專利技術可以很準確地得到的器件特性漲落影響，且所有參數都可以用TCAD蒙特卡洛仿真得到的結果進行基準調整。與傳統方法相比，可以預測器件的亞閾斜率SS的漲落，以及亞閾斜率SS和閾值電壓Vth的相關性。附圖說明圖1本專利技術的電路仿真方法的流程示意圖。圖2本專利技術鰭場效應晶體管示意圖，其中(a)鰭場效應晶體管的側視示意圖；(b)具有理想溝道和粗糙柵邊緣的鰭型場效應晶體管的頂視示意圖；圖3本專利技術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果；(c)為柵邊緣粗糙度的自相關函數，用高斯函數擬合，從而得到表征參數均方差ΔGER和自相關長度ΛGER的示意圖；圖4靜態隨機存儲器SRAM的電路示意圖；圖5電路仿真得到的SRAM的蝶形圖；圖6根據SRAM蝶形圖提取得到的SRAM的電路性能參數——靜態噪聲容限SNM的分布圖。具體實施方法下面將通過實例并結合附圖，詳細描述本專利技術的電路仿真方法。本實例考慮基于SOI襯底的雙柵型鰭型場效應晶體管中柵邊緣粗糙度對于靜態隨機存儲器(SRAM)電路的性能參數——靜態噪聲容限(SNM)的影響，整體流程如圖1所示。雙柵型鰭型場效應晶體管的基本結構和參數定義如圖2所示。具體步驟：1)如圖3所示，根據柵的電鏡照片，提取出粗糙的柵邊緣，計算它的自相關函數，并用高斯函數進行擬合，得到擬合參數ΔGER＝2/3nm，ΛGER＝30nm。2)采用雙柵型鰭型場效應晶體管中σLg,eff的計算公式，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：σ2(Lg,eff)=ΔGER22·[1+exp(-WFin2ΛGER2)]]]>3)本實例采用的鰭型場效應晶體管的Lg為20nm，WFin為10nm，因此，計算得到均值：μ(Lg，eff)＝20nm標準差：σ(Lg，eff)＝0.45nm4)靜態隨機存儲器SRAM的電路示意圖如圖4所示。將SRAM的仿真網表中的溝長，變為均值為20nm，標準差為0.45nm的高斯分布的隨機變量，選擇電路仿真軟件HSPICE中的蒙特卡洛模式進行電路仿真。5)根據電路仿真得到的蝶形曲線(如圖5所示)，提取得到SRAM的靜態噪聲容限(SNM)...

【技術保護點】
一種鰭型場效應晶體管中柵邊緣粗糙度效應的電路仿真方法，包括如下步驟：1)從鰭線條的電鏡照片中提取出粗糙的柵邊緣，計算它的自相關函數；2)利用公式μ(Lg，eff)＝Lgσ2(Lg,eff)=12·[ΔGER2-RGER(WFin)]]]>σ2(Lg,eff)≈2·HFin2(2·HFin+WFin)2·[ΔGER2+RGER(WFin)]]]>得到鰭邊緣粗糙度影響下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表中，用電路仿真軟件進行電路仿真，即可得到柵邊緣粗糙度效應的電路性能。

【技術特征摘要】
1.一種鰭型場效應晶體管中柵邊緣粗糙度效應的電路仿真方法，包括如下步驟：
1)從鰭線條的電鏡照片中提取出粗糙的柵邊緣，計算它的自相關函數；
2)利用公式μ(Lg，eff)＝Lgσ2(Lg,eff)=12·[ΔGER2-RGER(WFin)]]]>σ2(Lg,eff)≈2·HFin2(2·HFin+WFin)2·[ΔGER2+RGER(WFin)]]]>得到鰭邊緣粗糙度影響下Lg，eff漲落的均值和方差；
3)將上述Lg，eff...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃如，蔣曉波，王潤聲，
申請(專利權)人：北京大學，
類型：發明
國別省市：北京;11