一种源漏外延场效应晶体管栅围电容的建模方法技术

本发明专利技术公开了一种源漏外延场效应晶体管栅围电容的建模方法，本发明专利技术将源漏外延器件的栅围电容分为栅极与插塞耦合电容C

A modeling method for gate capacitance of source drain epitaxial FET

【技术实现步骤摘要】
一种源漏外延场效应晶体管栅围电容的建模方法
本专利技术属于互补金属氧化物半导体(CMOS)超大集成电路(VLSI)中的寄生电容建模，具体涉及一种采用外延源漏场效应晶体管的栅围电容建模方法。
技术介绍
随着半导体制程工艺的不断向前推进，场效应晶体管的延迟时间在不断地降低，然而晶体管本证延迟以外的互连电容、互连电阻和栅围寄生电容和寄生电阻在门级电路上的延迟时间逐渐可以与晶体管的本证延迟相近，甚至在一定程度上高于器件的本证延迟。更小的金属线宽将会带来寄生电阻不断提高，更加紧凑的金属线间距使得寄生电容以反比例的趋势增长，与晶体管开关联系更加紧密的栅围寄生电阻和电容会严重加剧延迟的恶化。互连和栅围问题的出现使集成电路设计者必须尽早在芯片的设计过程中考量互连和栅围寄生对电路时序和功能造成的影响，版图寄生参数提取工具(LPE：LayoutParasiticExtraction)的准确性与效率对于集成电路设计与验证来说不可或缺。目前业界有关金属后道互连电容和电阻的建模相对成，有着较为可靠的建模方法可循，主要问题是跟随制造工艺的不断推进，将互连寄生电阻、电容的建模方法在新的工艺节点上进行重复、改善。栅围寄生电阻的建模是根据不同栅极线宽的电阻率进行建模，变化规律较为线性。而对于栅围寄生电容而言，随着器件短沟道效应和源漏串联电阻的加剧，应力硅工程(LOD效应)、外延源漏(Epi-Source/Drain)、全耗尽绝缘层上硅(FD-SOI)、鳍形场效应晶体管(FinFET)等技术被应用以保证器件的良好电学特性。然而上述技术使得器件结构发生改变，导致器件的栅围结构愈来愈复杂，Calibre、StarRC等LPE工具难以对新技术应用时的栅围寄生电容精准预测，三维有限元场求解器(3DFieldSolver)的计算时间过于冗长，难以应用到亿万门级的集成电路当中，目前已有的建模方法严重依赖有限元场求解器，没有直接的晶圆测试数据，建模方法存在一定的风险性。为了保证超大规模集成电路流片(Tape-out)实现功能完整性，针对各项先进硅技术，尤其是应用广泛的源漏外延技术的栅围寄生电容测试级建模方法亟待开发。
技术实现思路
本专利技术的目的是就场效应晶体管采用源漏外延技术时，对栅极与插塞耦合电容(CC0)、栅极与底层互连金属M1耦合电容(CPM)、栅极与源漏耦合电容(CGSD)和栅极与有源区边缘电容(CF)分别设计去嵌入测试结构(Testkey)，并采用三维有限元场求解器辅助、基于典型互连工艺格式(ITF：InterconnectionTechnologyFormat)的栅围寄生电容建模方法，在已有LPE工具的基础上，对源漏外延场效应晶体管的栅围寄生电容精准建模。实现本专利技术目的的具体技术方案是；一种源漏外延场效应晶体管栅围电容的建模方法，它包括：四类器件栅围电容测试结构，即普通的源漏外延场效应晶体管结构、采用场氧化层替代有源区的场效应晶体管去嵌入结构、去除源极或漏极一侧的插塞与金属互连的场效应晶体管去嵌入结构和仅去除源极或漏极一侧插塞的场效应晶体管去嵌入结构，测试获得所述四类器件栅围电容测试结构的电容值，通过透射电子显微镜切片获取四类测试结构栅围区域的结构参数，并建立能够表征源漏外延场效应晶体管栅围寄生电容ITF文件，具体实施方法包括以下步骤：步骤一：将普通的源漏外延场效应晶体管结构、采用场氧化层替代有源区的场效应晶体管去嵌入结构、去除源极或漏极一侧的插塞与金属互连的场效应晶体管去嵌入结构和仅去除源极或漏极一侧插塞的场效应晶体管去嵌入结构四类测试结构流片测试所得的测试值进行统计和分析，计算公式如下：Cmeasure-4-Cmeasure-3＝CPM-1Cmeasure-2＝2×CPM+2×CCO-1Cmeasure-1-Cmeasure-3＝CPM+CCO+CGSD-CGSD-1；其中，Cmeasure-1是普通的源漏外延场效应晶体管结构的电容测试值，Cmeasure-2是采用场氧化层替代有源区的场效应晶体管去嵌入结构的电容测试值，Cmeasure-3是去除源极或漏极一侧的插塞与金属互连的场效应晶体管去嵌入结构的电容测试值，Cmeasure-4是仅去除源极或漏极一侧插塞的场效应晶体管去嵌入结构的电容测试值，CCO是普通的晶体管结构中的栅极与插塞之间的耦合电容，CCO-1是采用场氧化层替代有源区的去嵌入结构栅极与插塞之间的耦合电容，CPM是普通的晶体管结构中的栅极与互连金属之间的耦合电容，CPM-1是源极或漏极一侧插塞缺失时的栅极与互连金属之间的耦合电容，CGSD是普通的晶体管结构中的栅极与外延的源极和漏极之间的耦合电容，CGSD-1是源极或漏极一侧插塞缺失时的栅极与外延的源极和漏极之间的耦合电容；步骤二：使用三维有限元场求解器，依照透射电子显微镜切片结构参数构建去除源极或漏极一侧的插塞与金属互连的场效应晶体管去嵌入结构和仅去除源极或漏极一侧插塞的场效应晶体管去嵌入结构，仿真计算得到源极或漏极一侧插塞缺失时的栅极与互连金属之间的耦合电容CPM-1的仿真值CPM-1-Solver，将步骤一所得的仅去除源极或漏极一侧插塞的场效应晶体管去嵌入结构的电容测试值与去除源极或漏极一侧的插塞与金属互连的场效应晶体管去嵌入结构的电容测试值的差Cmeasure-4-Cmeasure-3与源极或漏极一侧插塞缺失时的栅极与互连金属之间的耦合电容的仿真值CPM-1-Solver进行对比，如果误差小于5％，则使用当前结构参数构建普通的晶体管结构中的栅极与互连金属之间的耦合电容CPM，通过三维场仿真器计算得到普通的晶体管结构中的栅极与互连金属之间的耦合电容CPM的值；如果误差大于或等于5％，则修改三维场仿真器中的结构参数，直至源极或漏极一侧插塞缺失时的栅极与互连金属之间的耦合电容CPM-1满足误差后，再计算得到普通的晶体管结构中的栅极与互连金属之间的耦合电容CPM；步骤三：使用三维有限元场求解器，依照透射电子显微镜切片结构参数构建采用场氧化层替代有源区的场效应晶体管去嵌入结构，将采用场氧化层替代有源区的场效应晶体管去嵌入结构的仿真值与普通的晶体管结构中的栅极与互连金属之间的耦合电容CPM相减得到采用场氧化层替代有源区的去嵌入结构的栅极与插塞之间的耦合电容CCO-1的仿真值CCO-1-Solver，将步骤一所得的采用场氧化层替代有源区的场效应晶体管去嵌入结构的电容测试值Cmeasure-2和步骤二所得的普通的晶体管结构中的栅极与互连金属之间的耦合电容CPM作差Cmeasure-2-CPM，与采用场氧化层替代有源区的去嵌入结构栅极与插塞之间的耦合电容仿真值的两倍大小2×CCO-1-Solver进行对比，如果误差小于5％，则使用当前结构参数构建普通的晶体管结构中的栅极与插塞之间的耦合电容CCO，通过三维场仿真器计算得到普通的晶体管结构中的栅极与插塞之间的耦合电容CCO的值；如果误差大于或等于5％，则修改三维场仿真器中的结构参数，直至采用场氧化层替代有源区的去嵌入结构的栅极与插塞之间的耦合电容CCO-1满足误差后，再计算得到普通的晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种源漏外延场效应晶体管栅围电容的建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤一：将普通的源漏外延场效应晶体管结构、采用场氧化层替代有源区的场效应晶体管去嵌入结构、去除源极或漏极一侧的插塞与金属互连的场效应晶体管去嵌入结构和仅去除源极或漏极一侧插塞的场效应晶体管去嵌入结构四类测试结构流片测试所得的测试值进行统计和分析，计算公式如下：/nC

【技术特征摘要】
1.一种源漏外延场效应晶体管栅围电容的建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一：将普通的源漏外延场效应晶体管结构、采用场氧化层替代有源区的场效应晶体管去嵌入结构、去除源极或漏极一侧的插塞与金属互连的场效应晶体管去嵌入结构和仅去除源极或漏极一侧插塞的场效应晶体管去嵌入结构四类测试结构流片测试所得的测试值进行统计和分析，计算公式如下：
Cmeasure-4-Cmeasure-3＝CPM-1
Cmeasure-2＝2×CPM+2×CCO-1
Cmeasure-1-Cmeasure-3＝CPM+CCO+CGSD-CGSD-1；
其中，Cmeasure-1是普通的源漏外延场效应晶体管结构的电容测试值，Cmeasure-2是采用场氧化层替代有源区的场效应晶体管去嵌入结构的电容测试值，Cmeasure-3是去除源极或漏极一侧的插塞与金属互连的场效应晶体管去嵌入结构的电容测试值，Cmeasure-4是仅去除源极或漏极一侧插塞的场效应晶体管去嵌入结构的电容测试值，CCO是普通的晶体管结构中的栅极与插塞之间的耦合电容，CCO-1是采用场氧化层替代有源区的去嵌入结构栅极与插塞之间的耦合电容，CPM是普通的晶体管结构中的栅极与互连金属之间的耦合电容，CPM-1是源极或漏极一侧插塞缺失时的栅极与互连金属之间的耦合电容，CGSD是普通的晶体管结构中的栅极与外延的源极和漏极之间的耦合电容，CGSD-1是源极或漏极一侧插塞缺失时的栅极与外延的源极和漏极之间的耦合电容；
步骤二：使用三维有限元场求解器，依照透射电子显微镜切片结构参数构建去除源极或漏极一侧的插塞与金属互连的场效应晶体管去嵌入结构和仅去除源极或漏极一侧插塞的场效应晶体管去嵌入结构，仿真计算得到源极或漏极一侧插塞缺失时的栅极与互连金属之间的耦合电容CPM-1的仿真值CPM-1-Solver，将步骤一所得的仅去除源极或漏极一侧插塞的场效应晶体管去嵌入结构的电容测试值与去除源极或漏极一侧的插塞与金属互连的场效应晶体管去嵌入结构的电容测试值的差Cmeasure-4-Cmeasure-3与源极或漏极一侧插塞缺失时的栅极与互连金属之间的耦合电容的仿真值CPM-1-Solver进行对比，如果误差小于5％，则使用当前结构参数构建普通的晶体管结构中的栅极与互连金属之间的耦合电容CPM，通过三维场仿真器计算得到普通的晶体管结构中的栅极与互连金属之间的耦合电容CPM的值；如果误差大于或等于5％，则修改三维场仿真器中的结构参数，直至源极或漏极一侧插塞缺失时的栅极与互连金属之间的耦合电容CPM-1满足误差后，再计算得到普通的晶体管结构中的栅极与互连金属之间的耦合电容CPM；
步骤三：使用三维有限元场求解器，依照透射电子显微镜切片结构参数构建采用场氧化层替代有源区的场效应晶体管去嵌入结构，将采用场氧化层替代有源区的场效应晶体管去嵌入结构的仿真值与普通的晶体管结构中的栅极与互连金属之间的耦合电容CPM相减得到采用场氧化层替代有源区的去嵌入结构的栅极与插塞之间的耦合电容CCO-1的仿真值CCO-1-Solver，将步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李相龙，田明，王昌锋，刘人华，孙亚宾，李小进，石艳玲，廖端泉，曹永峰，
申请(专利权)人：华东师范大学，上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31