[发明专利]基于版图邻近效应的统计模型的建模方法

说明书

本发明提供了一种基于版图邻近效应的统计模型的建模方法，包括：建立MOS器件的基础模型；根据所要采用的LPE效应的种类，针对不同尺寸器件变换LPE效应对应的版图因子，生成对应的非标准版图；对上述各非标准版图器件进行Mapping测试，得到阈值电压和漏极电流的各测试值并计算其均值，基于均值建立由LPE效应带来的器件性能指标偏移的LPE模型；根据上述的Mapping测试得到的测试值，求取阈值电压和漏极电流的统计分布；根据所采用的LPE效应的种类，修正基础模型中阈值电压和迁移率参数及其bin参数的标准差参数，建立考虑LPE效应带来的器件性能波动的MOS器件统计模型。本发明针对不同的LPE效应可独立分析和建模，使模型拟合的过程清晰和快速。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种基于版图邻近效应的统计模型的建模方法。

背景技术

随着CMOS技术的不断发展，新材料、新技术不断得到研发和应用，推动工艺节点的持续前进。随着工艺尺寸进一步微缩，工艺波动导致的器件波动对电路性能以及可靠性的影响越来越严重。如何抑制器件波动，以及准确地表征器件波动来为集成电路设计和优化提供参考是急需解决的重要问题。

影响工艺波动的因素有很多，其中版图邻近效应(layout proximity effect，LPE)就是先进工艺下愈加凸显的问题之一。为了提高或匹配MOS器件的载流子迁移率、提高器件开关速度，深纳米MOSFET中引入了多种应力工程技术，如嵌入式锗硅技术，应力记忆技术等。同时浅沟槽隔离技术(STI：Shallow Trench Isolation)也给器件沟道带来压应力，对载流子迁移率产生影响。随着器件版图尺寸及周边环境的不同，沟道中的应力会发生变化，器件性能具有版图相关性。与此同时，随着器件尺寸不断缩小、器件密度持续增大，器件性能越来越多地受到周边环境的影响。随着集成电路设计和制造进入深纳米阶段，器件尺寸及间距大幅缩小，特征尺寸已经接近甚至小于光刻系统中所使用的光波波长。光刻过程中，由于光的衍射和干涉现象，实际硅片上在光刻显影后得到的图形与掩膜版图形之间存在一定的变形和偏差，直接影响器件性能。这种偏差随邻近图形形状和大小的不同而不同，也具有版图相关性。

上述版图邻近效应，不仅影响单颗器件的电学性能，使同样尺寸的MOS器件在不同版图的布局下其电学性能指标如阈值电压，工作电流等发生变化，对于器件的统计性能，即同样尺寸器件在晶圆(wafer)上不同晶片(die)内的电学性能波动程度也会产生影响。

通过对器件版图形式的变化，如增加冗余栅来平衡应力，调整器件栅与有源区边界的距离，改变相邻有源区之间的距离等方法可以改变器件的电学性能和统计性能，在现有模型方案中增加考虑版图邻近效应对器件波动性能的影响，可使电路设计人员通过电路仿真，优化版图抑制器件的波动，提高设计电路的性能。

目前对版图邻近效应(LPE)建模的做法为，首先确定版图变化因子，根据版图变化因子，设计包含LPE的非标准版图器件测试结构并测试，根据测试数据计算MOS器件如阈值电压Vth，漏级电流Idlin的变化，进行器件性能与版图因子的相关性分析，找出需要考虑的版图因子，利用物理或经验公式将版图相关信息与内建模型参数相联系，从而修正标准版图的模型。目前业界主要考虑的版图因子主要有(1)MOS栅极距离有源区边界的距离sa、sb的变化；(2)MOS器件的有源区与其上下左右有源区的距离(sodx1、sodx2、sody1、sody2)；(3)MOS栅极两侧冗余栅距离MOS栅极距离(本发明主要考虑前两根栅，更多数量的栅带来的作用可忽略不计)pcl1、pcl2、pcr1、pcr2，如图1所示。

而目前MOS统计模型的建立，也主要基于标准版图器件的性能波动建立，即假设LPE的加入只影响了器件的电学性能，而与器件的波动特性无关，也就是对于某一颗沟道长宽(W,L)确定的MOS器件上述所有版图形式将得到同样的器件波动特性，但事实上版图变化之后器件的统计特性也会改变，并且也有相关文献报导通过版图优化降低器件性能的波动。所以对于某种工艺，我们有必要评估哪些版图变化会显著改变器件的统计特性，并为之建立相应的统计模型，做为设计人员合理选择版图形式的指导。