一种快速获取场效应管寄生电阻的方法

本发明属于半导体计算机辅助设计(tcad)，具体涉及一种快速获取场效应管寄生电阻的方法。

背景技术：

1、半导体工艺技术的不断发展使得场效应管的特征尺寸缩小到纳米尺度，已经达到10纳米以下的量级，尺寸的减小带来了性能上的提升，但同时也加剧了寄生效应对于器件性能的影响。以14nm工艺节点为例，寄生电阻占总导通电阻的比重接近50％，且各部分寄生电阻数值差异较大，需要根据器件的工艺、结构、材料等多种因素综合分析，合理利用寄生电阻，减小其对器件性能的负面影响，并考虑器件缩放所带来的寄生电阻变化。

2、传统的分析场效应管寄生电阻的方法有两种，第一种是通过数学方法对各部分寄生电阻进行建模，结合物理效应进行推导计算，得到寄生电阻的理论表达式，这种方法可以基于理论分析得到寄生电阻的阻值和影响参数，有很强的指导意义，但需要实验数据的支持，对于新结构、新器件不敏感，不适用于工程上。第二种，则是在理论公式的基础上，基于tcad仿真求解数据，改变器件结构，扫描沟道长度、拓展区长度等参数，进行多组仿真实验，提取出与变量不敏感的寄生电阻阻值，但随着器件尺寸的减小，仿真软件网格密度的提高，这种方法所需的算力资源大大增加，且具有一定的局限性，无法直接、快速的得到结果。因此，本专利提出的快速获取寄生电阻的方法仅需tcad仿真计算一次，划分区域基于电导积分法求解可积分区域电阻，依据区域电阻与寄生电阻间简单的数量关系快速得出寄生电阻阻值，提高效率的同时保证了精度，同时该方法也较易在tcad软件中实现，适用性强，是分析寄生电阻的一种有效方法。同时也可以利用本方法对tcad软件的功能进行扩展，可以在tcad软件中直接给出场效应管各部分的寄生电阻数值。

技术实现思路

1、技术问题：由于分析场效应管寄生电阻的难度增加，仿真算力资源消耗巨大，本发明提出了一种快速获取场效应管寄生电阻的方法。本方法只需进行一次仿真实验，大大提高效率的同时，所得数值与传统方法相差不超过5％，为场效应管寄生电阻的分析与求解提供了更为快速、直接的方法。

2、技术方案：为实现上述目的，本发明的一种快速获取场效应管寄生电阻的方法包括以下步骤：

3、步骤s01：获取场效应管寄生电阻rext，首先根据场效应管半导体计算机辅助设计tcad仿真所获取的电流密度分布划分电阻计算的区域为可积分区域和非积分区域；可积分区域为电流密度分布均匀、方向统一的区域，根据场效应管的掺杂、电极、几何形状对该区域进一步划分，这些区域的电阻可直接求解；非积分区域为形状不规则、电流密度方向各异的区域；

4、步骤s02：利用场效应管tcad仿真所获取的载流子浓度分布和迁移率分布，在每个可积分区域内，对载流子浓度、迁移率和单位电荷量q进行体积分，获得可积分区域的区域电导积分；根据电阻与长度的关系式，结合区域电导积分计算该区域电阻；

5、步骤s03：根据仿真所获得的场效应管转移特性曲线计算导通总电阻，分析导通总电阻与各区域电阻、寄生电阻间的数量关系；

6、步骤s04：将区域电阻值、总电阻值代入数量关系表达式，计算得出场效应管各部分寄生电阻的具体数值。

7、所述根据场效应管的掺杂、电极、几何形状对该区域进一步划分，划分为沟道区、侧墙区、重叠区、接触区为可积分区域；非积分区域主要为源/漏极区。

8、所述区域电导积分，根据公式：

9、σ＝qnμ  (1)

10、可以得到，在tcad软件中计算区域电导积分的公式为：

11、cy＝σv＝∫∫∫(nqμn+nqμp)dv  (2)

12、其中，v是区域体积，cy为电导σ和区域体积v的积分，μn、μp分别为区域电子、空穴的迁移率；n、p分别为区域内电子、空穴浓度；q为单位电荷量，μ为迁移率；

13、根据区域划分的特点，该区域至少在一个方向上的电流密度均匀，沿该方向的区域长度为l，横截面积为s，则(2)式可表示为：

14、σv＝∫∫∫(nqμn+pqμp)dv＝σsl  (3)

15、根据电阻公式可推：

16、

17、所述场效应管寄生电阻rext包括可积分区域的侧墙区电阻rspa、源重叠区电阻rov、接触电阻rcon，不可积分区域的源漏区电阻rsd；总导通电阻ron按区域分解为沟道区电阻rch、侧墙区电阻rspa、源漏区电阻rsd、重叠区电阻rov、接触电阻rcon；因此，rspa、rov、rcon由式(3)、式(4)直接计算得出，而rsd因为源漏区形状不规则，不方便直接计算，则由电阻间数量关系得出，即：所述寄生电阻

18、ron＝rch+rspa+rcon+rov+rsd  (5)

19、rext＝rspa+rcon+rov+rsd  (6)

20、rsd＝ron-rch-rspa-rcon-rov  (7)

21、

22、由式(5)-式(8)结合tcad仿真数据得出场效应管各部分寄生电阻阻值与栅极电压vg的曲线图，验证寄生电阻与栅极电压的相关性；或计算归一化寄生电阻，研究各部分寄生电阻占总电阻的比重，对未来器件的寄生电阻进行预测。

23、有益效果：本方法只需进行一次仿真实验，大大提高效率的同时，所得数值与传统方法相差不超过5％，为场效应管寄生电阻的分析与求解提供了更为快速、直接的方法。该方法对于二维和三维的场效应管仿真均适用，尤其对于三维器件如鳍式场效应管(finfet)等会有更明显的优势。实际上，只要满足区域划分的条件，即区域电流密度分布均匀、方向较为统一，均可以利用该方法中的公式(1)-(4)求解电阻，例如pn结电阻、硅体电阻等。

技术特征：

1.一种快速获取场效应管寄生电阻的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种快速获取场效应管寄生电阻的方法，其特征在于，所述根据场效应管的掺杂、电极、几何形状对该区域进一步划分，划分为沟道区、侧墙区、重叠区、接触区为可积分区域；非积分区域主要为源/漏极区。

3.根据权利要求1所述的一种快速获取场效应管寄生电阻的方法，其特征在于，所述区域电导积分，根据公式：

4.根据权利要求1所述的一种快速获取场效应管寄生电阻的方法，其特征在于，所述场效应管寄生电阻rext包括可积分区域的侧墙区电阻rspa、源重叠区电阻rov、接触电阻rcon，不可积分区域的源漏区电阻rsd；总导通电阻ron按区域分解为沟道区电阻rch、侧墙区电阻rspa、源漏区电阻rsd、重叠区电阻rov、接触电阻rcon；因此，rspa、rov、rcon由式(3)、式(4)直接计算得出，而rsd因为源漏区形状不规则，不方便直接计算，则由电阻间数量关系得出，即：所述寄生电阻

5.根据权利要求4所述的一种快速获取场效应管寄生电阻的方法，其特征在于，由式(5)-式(8)结合tcad仿真数据得出场效应管各部分寄生电阻阻值与栅极电压vg的曲线图，验证寄生电阻与栅极电压的相关性；或计算归一化寄生电阻，研究各部分寄生电阻占总电阻的比重，对未来器件的寄生电阻进行预测。

技术总结
本发明公开了一种快速获取场效应管寄生电阻的方法。通过TCAD仿真获得场效应管载流子浓度、迁移率、电流密度等参数，依据电流密度分布合理划分区域，分别计算各区域的电阻值，利用各区域电阻与总电阻的数量关系求解出场效应管各部分寄生电阻。该方法与传统的寄生电阻提取方法相比，能够在不牺牲精度的情况下成倍的节省扫描场效应管尺寸参数所需的仿真算力，直接获得场效应管各部分寄生电阻阻值以及与栅极电压、漏极电压等参数的关系，为场效应管寄生电阻的分析与求解提供更为快速、直接的方法。

技术研发人员：杨兰兰,刘怡呈,屠彦,何延杰,李怡宁
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15