檢查電路中電遷移的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供一種檢查電路中電遷移的方法和裝置，該電路包括鰭式場(chǎng)效晶體管，該鰭式場(chǎng)效晶體管與金屬互連線連接，該方法包括：確定該鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度；根據(jù)該鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，確定該金屬互連線的電流密度約束值；根據(jù)該金屬互連線的電流密度約束值，確定該金屬互連線的電遷移檢查結(jié)果。本發(fā)明實(shí)施例的檢查電路中電遷移的方法和裝置，考慮了鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱效應(yīng)所引起的電路溫度差異對(duì)電遷移檢查的影響，能夠有效提高電遷移檢查的準(zhǔn)確性，從而有效提高電路可靠性。
【專利說明】檢查電路中電遷移的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明實(shí)施例涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，并且更具體地，涉及一種檢查電路中電遷移的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在集成電路內(nèi)部，一般采用金屬薄膜來傳導(dǎo)工作電流，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件與外部電路間的電連接，該金屬薄膜稱為金屬互連線。當(dāng)金屬互連線中的電流密度很大時(shí)，即在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)有大量的電子同金屬原子發(fā)生碰撞，金屬原子就會(huì)沿著電子的方向進(jìn)行流動(dòng)，這種現(xiàn)象就是電遷移(Electrical Migration,簡(jiǎn)稱為“EM”)。電遷移是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的損耗現(xiàn)象，會(huì)造成金屬互連線電阻增大、甚至斷路和短路:當(dāng)金屬互連線中的電流密度較高時(shí)，向陽極運(yùn)動(dòng)的大量電子碰撞金屬原子，使得金屬從陰極向陽極擴(kuò)散，使陰極產(chǎn)生金屬原子的空位，經(jīng)過一段時(shí)間的積累會(huì)導(dǎo)致金屬互連線的斷路，同時(shí)在陽極由于金屬原子的堆積而導(dǎo)致晶須或小丘，并有可能和旁邊的金屬線短路，從而導(dǎo)致集成電路有時(shí)序或功能性錯(cuò)誤。隨著集成電路集成度的提高，金屬互連線變得更細(xì)更薄，導(dǎo)致金屬互連線的電流密度不斷增加，更易于造成金屬互連線因電遷移而失效，從而使整個(gè)電路失效。因此在運(yùn)行集成電路之前要對(duì)集成電路中的金屬互連線進(jìn)行電遷移檢查。
[0003]現(xiàn)有的電遷移檢查技術(shù)是:在相同溫度下，通過電路仿真的方式得到集成電路版圖上金屬互連線上的電流密度仿真值，在與該相同溫度下的電流密度約束值進(jìn)行比較，確定是否存在“電遷移違規(guī)”，具體地，當(dāng)某個(gè)金屬互連線的電流密度仿真值大于其電流密度約束值時(shí)，則表明該金屬互連線在該電路仿真條件(設(shè)定溫度，流過的電流)下可能會(huì)出現(xiàn)影響電路功能或性能的電阻增大、斷路或者短路(也可稱為“電遷移違規(guī)”或“電遷移失效”)。根據(jù)電遷移的檢查結(jié)果，采取相應(yīng)措施以避免產(chǎn)生“電遷移失效”，以提高集成電路的可靠性。其中，金屬互連線的電流密度約束值指的是在一定溫度下，一定時(shí)間下，金屬互連線能夠承受的最大電流密度值，當(dāng)電流密度超過該電流密度約束值時(shí)，該金屬互連線電阻變化(包括斷路或者短路)可能會(huì)引起電路性能變化，導(dǎo)致電路失效。且金屬互連線的溫度越高，對(duì)應(yīng)的電流密度約束值越小。上述可知，金屬互連線的電流密度約束值與金屬互連線的溫度有密切關(guān)系，在電遷移檢查過程中金屬互連線的溫度的確定，對(duì)電遷移檢查的準(zhǔn)確性有很大的影響。
[0004]集成電路中的半導(dǎo)體器件(例如晶體管)是有源器件，在工作時(shí)有電流通過，會(huì)產(chǎn)生熱量，可能導(dǎo)致在集成電路中的不同區(qū)域會(huì)存在溫度差。尤其在半導(dǎo)體工藝從平面工藝發(fā)展到立體3D工藝后，其最小單元晶體管從平面的金氧半場(chǎng)效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,簡(jiǎn)稱為 “M0SFET”)演進(jìn)為立體的鰭式場(chǎng)效晶體管(Fin Field-Effect Transistor，簡(jiǎn)稱為“FinFET”)，在鰭式場(chǎng)效晶體管中包括有一個(gè)或多個(gè)立體的鰭片，這些立體鰭片能夠在相同晶體管功率下有效縮小晶體管的尺寸。在鰭式場(chǎng)效晶體管工作時(shí)，溝道電流會(huì)被限制在立起的鰭片之間，平行襯底方向的散熱受限，導(dǎo)致鰭式場(chǎng)效晶體管升溫明顯，這種現(xiàn)象稱為鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱效應(yīng)(FinFET Self-Heating)，鰭式場(chǎng)效晶體管由于自發(fā)熱效應(yīng)產(chǎn)生的溫度稱為鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度。由于鰭式場(chǎng)效晶體管可以包括一個(gè)或多個(gè)立體的鰭片，因此，在工作狀態(tài)下，包括不同數(shù)量鰭片的鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度是不同的，現(xiàn)有研究資料顯示多鰭片晶體管(Mult1-Fin Device)和單鰭片晶體管(Single-Fin Device)的自發(fā)熱溫度差異可達(dá)30°C以上，對(duì)應(yīng)地，連接多鰭片晶體管的金屬互連線與連接單鰭片晶體管的金屬互連線的工作溫度也是有很大差異。
[0005]實(shí)際電路運(yùn)行時(shí)，由于鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱效應(yīng)，集成電路的不同區(qū)域的金屬互連線的溫度可能存在很大的溫差，對(duì)應(yīng)地，電流密度約束值也不同。因此在立體半導(dǎo)體工藝(例如鰭式場(chǎng)效晶體管)場(chǎng)景下，如果采用當(dāng)前技術(shù)，即對(duì)于整個(gè)集成電路版圖，都采用相同的溫度進(jìn)行仿真，具體地，整個(gè)集成電路版圖中所有金屬互連線的電流密度約束值都是基于相同溫度確定的，然后對(duì)比金屬互連線的電流密度仿真值與對(duì)應(yīng)的電流密度約束值，確定是否存在“電遷移失效”，會(huì)導(dǎo)致金屬互連線的仿真溫度與實(shí)際溫度存在較大差異，降低電遷移檢查的準(zhǔn)確度，影響電路可靠性。
[0006]因此，針對(duì)立體半導(dǎo)體工藝(例如鰭式場(chǎng)效晶體管)，需要提出一種新的檢查電遷移的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種檢查電遷移的方法，能夠解決當(dāng)前電遷移檢查技術(shù)中由于仿真溫度與實(shí)際溫度不相符，導(dǎo)致電遷移檢查結(jié)果準(zhǔn)確度不高的問題。
[0008]第一方面提供了一種檢查電路中電遷移的方法，該電路包括鰭式場(chǎng)效晶體管，該鰭式場(chǎng)效晶體管與金屬互連線連接，該方法包括:確定該鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度；根據(jù)該鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，確定該金屬互連線的電流密度約束值；根據(jù)該金屬互連線的電流密度約束值，確定該金屬互連線的電遷移檢查結(jié)果。
[0009]結(jié)合第一方面，在第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，確定該鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，包括:根據(jù)下列信息中的至少一種信息，確定該鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度:該鰭式場(chǎng)效晶體管包括的鰭片的數(shù)量、柵的數(shù)量，該鰭式場(chǎng)效晶體管的有源區(qū)面積、功耗、功耗密度、源漏電流和源漏電壓。
[0010]結(jié)合第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，確定該鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，包括:根據(jù)下式確定該鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗:
[0011]P = I.V
[0012]其中，P為鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗，I和V分別為該鰭式場(chǎng)效晶體管的源漏電流和源漏電壓；
[0013]根據(jù)該鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗和下式確定該鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度:
[0014]AT = A.f(Nl，N2，P)+B，
[0015]其中，AT為該鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，NI為該鰭式場(chǎng)效晶體管包括的鰭片的數(shù)量，N2為該鰭式場(chǎng)效晶體管包括的柵的數(shù)量，P為該鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗、f O為該鰭式場(chǎng)效晶體管的鰭片的數(shù)量N1、柵的數(shù)量N2和該鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗P的函數(shù)，A和B為常數(shù)。
[0016]結(jié)合第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，確定該鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，包括:根據(jù)下式確定該鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗密度:
[0017]p=I* V/Area,
[0018]其中，P為該鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗密度，I和V分別為該鰭式場(chǎng)效晶體管的源漏電流和源漏電壓，Area為該鰭式場(chǎng)效晶體管的有源區(qū)面積；
[0019]根據(jù)該鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗密度，確定該鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度。
[0020]結(jié)合第一方面、第一方面的第一種至第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中的任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，確定該金屬互連線的電流密度約束值，包括:根據(jù)該鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，確定該電路的溫度變化值；根據(jù)該電路的溫度變化值，確定該金屬互連線的電流密度約束值。
[0021]結(jié)合第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第五種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，確定該電路的溫度變化值，包括:將該電路所包括的該鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度的平均溫度值確定為該電路的該溫度變化值。
[0022]結(jié)合第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，確定該電路的溫度變化值，包括:將該電路所包括的該鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度的最高溫度值確定為該電路的該溫度變化值。
[0023]結(jié)合第一方面的第四種至第六種可能的實(shí)現(xiàn)方式中的任一項(xiàng)可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第七種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，確定該金屬互連線的電流密度約束值，包括:根據(jù)該電路的溫度變化值，確 定該電路的仿真溫度值；根據(jù)該電路的仿真溫度值，確定該金屬互連線的電流密度約束值。
[0024]結(jié)合第一方面的第七種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第八種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，確定該電路的仿真溫度值，包括:將該電路的溫度變化值與該電路的環(huán)境溫度之和確定為該電路的仿真溫度值。
[0025]結(jié)合第一方面、第一方面的第一種至第八種可能的實(shí)現(xiàn)方式中的任一項(xiàng)可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第九種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，確定該金屬互連線的電遷移檢查結(jié)果，包括:根據(jù)下式確定該金屬互連線的電遷移檢查結(jié)果:
【權(quán)利要求】
1.一種檢查電路中電遷移的方法，所述電路包括鰭式場(chǎng)效晶體管，所述鰭式場(chǎng)效晶體管與金屬互連線連接，其特征在于，包括: 確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度； 根據(jù)所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，確定所述金屬互連線的電流密度約束值； 根據(jù)所述金屬互連線的電流密度約束值，確定所述金屬互連線的電遷移檢查結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，包括: 根據(jù)下列信息中的至少一種信息，確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度:所述鰭式場(chǎng)效晶體管包括的鰭片的數(shù)量、柵的數(shù)量，所述鰭式場(chǎng)效晶體管的有源區(qū)面積、功耗、功耗密度、源漏電流和源漏電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，包括: 根據(jù)下式確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗:
P = I.V 其中，P為鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗，I和V分別為所述鰭式場(chǎng)效晶體管的源漏電流和源漏電壓； 根據(jù)所述鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗和下式確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度:
AT = A.f (N1,N2, P) +B, 其中，AT為所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，NI為所述鰭式場(chǎng)效晶體管包括的鰭片的數(shù)量，N2為所述鰭式場(chǎng)效晶體管包括的柵的數(shù)量，P為所述鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗、f O為所述鰭式場(chǎng)效晶體管的鰭片的數(shù)量N1、柵的數(shù)量N2和所述鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗P的函數(shù)，A和B為常數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，包括: 根據(jù)下式確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗密度: P=I* V/Area, 其中，P為所述鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗密度，I和V分別為所述鰭式場(chǎng)效晶體管的源漏電流和源漏電壓，Area為所述鰭式場(chǎng)效晶體管的有源區(qū)面積； 根據(jù)所述鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗密度，確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，確定所述金屬互連線的電流密度約束值，包括: 根據(jù)所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，確定所述電路的溫度變化值； 根據(jù)所述電路的溫度變化值，確定所述金屬互連線的電流密度約束值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，確定所述電路的溫度變化值，包括: 將所述電路所包括的所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度的平均溫度值確定為所述電路的所述溫度變化值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，確定所述電路的溫度變化值，包括: 將所述電路所包括的所述 鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度的最高溫度值確定為所述電路的所述溫度變化值。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，確定所述金屬互連線的電流密度約束值，包括: 根據(jù)所述電路的溫度變化值，確定所述電路的仿真溫度值； 根據(jù)所述電路的仿真溫度值，確定所述金屬互連線的電流密度約束值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，確定所述電路的仿真溫度值，包括: 將所述電路的溫度變化值與所述電路的環(huán)境溫度之和確定為所述電路的仿真溫度值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，確定所述金屬互連線的電遷移檢查結(jié)果，包括: 根據(jù)下式確定所述金屬互連線的電遷移檢查結(jié)果: EM%:上,
Plim 其中，EM%為所述金屬互連線的電遷移檢查結(jié)果，P為所述金屬互連線的電流密度仿真值，Plim為所述金屬互連線的所述電流密度約束值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 當(dāng)確定所述金屬互連線的EM%大于I時(shí)，確定所述金屬互連線的電遷移檢查結(jié)果為電遷移違規(guī)。
12.—種檢查電路中電遷移的裝置，所述電路包括鰭式場(chǎng)效晶體管，所述鰭式場(chǎng)效晶體管與金屬互連線連接，其特征在于，`包括: 第一確定模塊，用于確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度； 第二確定模塊，用于根據(jù)所述第一確定模塊確定的所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，確定所述金屬互連線的電流密度約束值； 第三確定模塊，用于根據(jù)所述第二確定模塊確定的所述金屬互連線的電流密度約束值，確定所述金屬互連線的電遷移檢查結(jié)果。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述第一確定模塊具體用于:根據(jù)下列信息中的至少一種信息，確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度:所述鰭式場(chǎng)效晶體管包括的鰭片的數(shù)量、柵的數(shù)量，所述鰭式場(chǎng)效晶體管的有源區(qū)面積、功耗、功耗密度、源漏電流和源漏電壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述第一確定模塊包括: 第一確定單元，用于根據(jù)下式確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗:
P = I.V 其中，P為鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗，I和V分別為所述鰭式場(chǎng)效晶體管的源漏電流和源漏電壓； 第二確定單元，用于根據(jù)所述鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗和下式確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度:
AT = A.f (N1,N2, P) +B, 其中，AT為所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，NI為所述鰭式場(chǎng)效晶體管包括的鰭片的數(shù)量，N2為所述鰭式場(chǎng)效晶體管包括的柵的數(shù)量，P為所述鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗、f O為所述鰭式場(chǎng)效晶體管的鰭片的數(shù)量N1、柵的數(shù)量N2和所述鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗P的函數(shù)，A和B為常數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，所述第一確定模塊包括: 第三確定單元，用于根據(jù)下式確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗密度: P=I* V/Area, 其中，P為所述鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗密度，I和V分別為所述鰭式場(chǎng)效晶體管的源漏電流和源漏電壓，Area為所述鰭式場(chǎng)效晶體管的有源區(qū)面積； 第四確定單元，用于根據(jù)所述鰭式場(chǎng)效晶體管的功耗密度，確定所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述第二確定模塊包括: 第五確定單元，用于根據(jù)所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度，確定所述電路的溫度變化值； 第六確定單元，用于根據(jù)所述第五確定單元確定的所述電路的溫度變化值，確定所述金屬互連線的電流密度約束值。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述第五確定單元具體用于，將所述電路所包括的所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度的平均溫度值確定為所述電路的所述溫度變化值。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述第五確定單元具體用于，將所述電路所包括的所述鰭式場(chǎng)效晶體管的自發(fā)熱溫度的最高溫度值確定為所述電路的所述溫度變化值。
19.根據(jù)權(quán)利要求16至18中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述第六確定單元包括: 第一確定子單元，用于根據(jù)所述電路的溫度變化值，確定所述電路的仿真溫度值； 第二確定子單元，用于根據(jù)所述電路的仿真溫度值，確定所述金屬互連線的電流密度約束值。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述第一確定子單元具體用于，將所述電路的溫度變化值與所述電路的環(huán)境溫度之和確定為所述電路的仿真溫度值。
21.根據(jù)權(quán)利要求12至20中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述第三確定模塊具體用于根據(jù)下式確定所述金屬互連線的電遷移檢查結(jié)果:
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述第三確定模塊具體還用于，當(dāng)確定所述金屬互連線的EM%大于I時(shí)，確定所述金屬互連線的電遷移檢查結(jié)果為電遷移違規(guī)。
【文檔編號(hào)】G01R31/28GK103823172SQ201410043175
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年1月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月29日
【發(fā)明者】孫永生, 付一偉, 郭建平 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司