鳍型场效应晶体管中鳍边缘粗糙度效应的电路仿真方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微电子器件领域，涉及到鳍型场效应晶体管中鳍边缘粗糙度的电路仿 真方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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)。鳍边缘粗糙度可以从器件的电镜照片中提取。鳍边缘 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 A FER和自相关长度Λ FER。均方差Δ FER表征鳍边缘粗糙度的幅度，而自相关长度Λ FER表征鳍 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。
[0004] 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鳍边缘粗糙度的电路仿真方法是非常有必要的。
【发明内容】
[0005] 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 鳍边缘粗糙度效应的电路仿真方法。
[0006] 本发明提供的鳍型场效应晶体管中鳍边缘粗糙度的电路仿真方法，包括如下步 骤：
[0007] 1)从鳍线条的电镜照片中提取出粗糙的鳍边缘，计算它的自相关函数；
[0008] 2)利用公式f0WFin,min卜（卜€〇 · · f20WFin,min)，得到鳍边缘粗糙 度影响下的鳍宽的分布值；
[0009] 3)将f(SWFin,min)嵌入到电路仿真软件的仿真网表，或先利用f(SW Fin,min)计算得到f swFin,min的均值和方差，再将其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，即可得到鳍边缘粗糙度所造成的电路性能。
[0010] 其中，从鳍线条的电镜照片中提取出粗糙的鳍边缘，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，得到鳍边缘粗糙度的两个表征参数:均方根△ FER和相关长 度 Λ fer〇
[0011] 从物理机制上看，鳍边缘粗糙度的影响在于改变了沟道区域的最小鳍宽wFin,min， 改变量SW Fin,min的分布可以通过下列公式计算：
[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)为鳍宽偏量_in的概率密度分布和累计概率密度分 布，可以通过测量得到。，为滑动平均因子，参数m通过拟合得 到。
[0016] 可以发现，f 1和f2分别为Lg远远小于Λ FER和远远大于Λ FER时的两个特例。
[0017] 根据上述计算公式，得到鳍边缘粗糙度影响下的鳍宽的分布，将上述鳍宽分布值 嵌入到SPICE的仿真网表中，或者利用上述鳍宽的分布值，得到鳍宽的均值和方差，将均值 和方差嵌入到SPICE的仿真网表中，，用SPICE电路仿真软件进行电路仿真，即可得到鳍边缘 粗糙度所造成的器件特性涨落影响，进而得到电路性能参数的涨落影响。
[0018] 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V th的相关性。
【附图说明】
[0019] 图1本发明实施例电路仿真方法的流程示意图。
[0020] 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 有理想栅和粗糙鳍边缘的鳍型场效应晶体管的顶视示意图；
[0021 ]图3本发明鳍边缘粗糙度影响下的鳍宽的分布示意图，其中（a)Lg远远小于Λ FER时 的鳍边缘粗糙度示意图；远大于Λ FER时的鳍边缘粗糙度示意图；
[0022]图4本发明实施例鳍边缘粗糙度的提取和表征流程示意图，其中（a)为鳍边缘粗糙 度的电镜照片；（b)为从电镜照片中提取得到的结果；（c)为鳍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A FER和自相关长度Λ FER的示意图；
[0023]图5本发明SPICE的仿真软件中的静态随机存储器SRAM的电路示意图；
[0024]图6本发明实施例中SPICE的电路仿真得到的SRAM的蝶形图；
[0025]图7本发明实施例中根据SRAM蝶形图提取得到的SRAM的电路性能参数一一静态噪 声容限S匪的分布图。
[0026]具体实施方法
[0027]下面将通过实例并结合附图，详细描述本发明提供的鳍型场效应晶体管中鳍边缘 粗糙度的电路仿真方法。
[0028] 本实例考虑基于SOI衬底的双栅型鳍型场效应晶体管中鳍边缘粗糙度对于静态随 机存储器(SRAM)电路的性能参数一一静态噪声容限（S匪)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。其中，1^远远小于A FE[^PLg远远 大于Λ FER这两个极端情形情况下的鳍边缘粗糙度示意图如图3所示。
[0029] 具体步骤：
[0030] 1)如图4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
进行拟合，得到拟合参数Δ FER = 2/3nm，AFER = 30nm〇
[0031] 2)更准确地，方法一将f(SWFin,min)嵌入到SPICE的仿真网表中进行计算。但在本实 例中，为了简便起见，方法二可以先利用f(sw Fin,min)计算得到SWFin,min的均值和方差，再将 其嵌入到SPICE的仿真网表中进行计算。本实例采用的鳍型场效应晶体管的L gS20nm，WFin 为1 Onm，因此，计算得到
[0032] 5ffpin,min的均值和方差如下：
[0033] 均值:y(SWFin,min)=-〇.27nm
[0034] 标准差：〇(5WFin,min)=〇.62nm
[0035] 3)将最小鳍宽WFin,-作为ffFin，故得到
[0036] 均值：y(WFin)=9.73nm
[0037] 标准差：〇(WFin) =〇.62nm
[0038] 4)静态随机存储器SRAM的电路示意图如图5所示。将SPICE的仿真网表中的鳍宽 WFin，变为均值为9.73nm，标准差为0.62nm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。
[0039] 5)根据电路仿真得到的蝶形曲线（如图6所示），提取得到SRAM的静态噪声容限 (SW)的分布如图7所示。
[0040] 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。
【主权项】
1. 一种鳍型场效应晶体管中鳍边缘粗糙度的电路仿真方法，包括如下步骤： 1) 从鳍线条的电镜照片中提取出粗糙的鳍边缘，计算它的自相关函数； 2) 利用公式f〇WFin,min卜（1-α) · fMWpi^iJ+a · f20WFin,min)，得到鳍边缘粗糙度影 响下的鳍宽的分布值； 3) 将f(SWFin,min)嵌入到电路仿真软件的仿真网表，或先利用f(SWFin, min)计算得到δ WFin,min的均值和方差，再将其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，即可得到鳍边缘粗糙度所造成的电路性能。2. 如权利要求1所述的鳍型场效应晶体管中鳍边缘粗糙度的电路仿真方法，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A FER和相关长 度 Λ fer〇3. 如权利要求1所述的鳍型场效应晶体管中鳍边缘粗糙度的电路仿真方法，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鳍边缘粗糙度的电路仿真方法，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。
【专利摘要】本发明公开了一种鳍型场效应晶体管中鳍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鳍边缘，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鳍宽的分布，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。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105574232
【申请号】CN201510846309
【发明人】黄如, 蒋晓波, 王润声
【申请人】北京大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年11月26日