專利名稱：在緊湊模型中用于基于版圖調(diào)整和優(yōu)化氮化物襯墊應(yīng)力效應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定包括針對半導(dǎo)體器件的器件遷移率的關(guān)鍵 晶體管模型參量的技術(shù)，更特別地涉及用于確定這些參量如何受半 導(dǎo)體器件版圖的影響的技術(shù)，其中所述半導(dǎo)體器件的版圖使用氮化 物襯墊薄膜在晶體管器件溝道中施加應(yīng)力。
背景技術(shù)：
應(yīng)力可以被施加在半導(dǎo)體器件中以增加此類器件中電子或空穴 的遷移率。例如，可以通過使用內(nèi)應(yīng)力薄膜，諸如通常以到場效應(yīng)
晶體管(FET)的源極和漏極區(qū)域的金屬接觸(MC)端子形式使用 的襯墊薄膜，來將應(yīng)力施加到FET的溝道中。應(yīng)力薄膜通?？梢允?氮化物薄膜，因為氮化物薄膜與用于接觸形成和蝕刻的硅制造工藝 步驟兼容。襯墊薄膜通過粘附在諸如晶片表面的相鄰表面以及在柵 極結(jié)構(gòu)上"推"或"拉"的方式在隔離的FET柵極(也稱為"犧牲" 柵極)上施加應(yīng)力。此應(yīng)力主要通過自對準(zhǔn)到柵極多晶硅(PC)的 柵極隔離物來傳遞。具有固有拉伸應(yīng)力的襯墊薄膜傳遞拉伸應(yīng)力， 并且用于改進n型FET (NFET)中的電子遷移率，而具有固有壓縮 應(yīng)力的襯墊薄膜傳遞壓縮應(yīng)力，并且用于改進p型FET (PFET)中 的空穴遷移率。削弱氮化物襯墊效力的一個因素在于，接觸金屬化 尤其是到源極和漏極區(qū)域的接觸金屬化，要求在非?？拷骷帉?部分襯墊蝕刻去除。這不僅破壞了長薄膜通道傳遞應(yīng)力的能力，而 且將可能影響溝道的奇異/尖銳移得更遠，嚴(yán)重降低了應(yīng)力的效益。 在硅表面之上同 一 物理級別上的其他結(jié)構(gòu)，例如接觸金屬化以及中 斷薄膜的結(jié)構(gòu)，也可能有同樣的影響。這種結(jié)構(gòu)的例子是多晶硅布線。另外，甚至更嚴(yán)重的問題是這些結(jié)構(gòu)可能是任意設(shè)計的，因此 很難預(yù)測其對性能是正面還是負(fù)面的影響。影響應(yīng)力的依賴于版圖 的因素包括犧牲柵極和相鄰結(jié)構(gòu)之間的間隔、這些相鄰結(jié)構(gòu)的尺寸、 接觸覆蓋(或源極/漏極跨接)的數(shù)量、以及在雙應(yīng)力襯墊技術(shù)(一
個襯墊用于NFET,另一個襯墊用于PFET)的情況下兩個襯墊薄膜 之間的界面的接近度。FET版圖中的小變化可能引起驅(qū)動電流明顯 的偏移，并且該變化可能表現(xiàn)為對芯片中的器件逐個地改變。不考 慮應(yīng)力效益上變化的幅度可能在電路仿真中嚴(yán)重地不能預(yù)測或過預(yù) 測電性能。而且，使用關(guān)于應(yīng)力對給定版圖的影響的信息，電路設(shè) 計者可以優(yōu)化其設(shè)計以利用應(yīng)力。
以前已經(jīng)研究開發(fā)的版圖相關(guān)的效應(yīng)包括淺溝槽隔離(STI)應(yīng) 力效應(yīng)和N阱(N-well)散射效應(yīng)。通過獲取半導(dǎo)體器件的有源區(qū) 域(被STI圍繞的硅島)的長度和寬度以及將遷移率作為這兩個參 數(shù)的函數(shù)進行調(diào)節(jié)來考慮STI應(yīng)力效應(yīng)。在STI工藝中應(yīng)力的主要 起因是壓縮應(yīng)力通常施加在縱向(垂直于柵極)和橫向(平行于 柵極)兩個方向上，局部地改變硅帶結(jié)構(gòu)。這種應(yīng)力損害了 NFET 但有益于PFET。該基于應(yīng)力的調(diào)節(jié)純粹基于來自一組特別設(shè)計的橫 越整個長度/寬度有源區(qū)域參數(shù)區(qū)間的宏(macro )的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。因而，
對于任意給定的有源區(qū)域長度/寬度，可以插入此結(jié)果。而且，針對 遷移率影響的參數(shù)適應(yīng)可以用實驗方法從實驗數(shù)據(jù)中獲得。
當(dāng)摻雜離子的注入遮蔽從相對厚的抗蝕層散射到非預(yù)期的位置 時，發(fā)生N阱散射效應(yīng)。因此，N阱注入散射也與版圖相關(guān)，但是 其相關(guān)性與應(yīng)力效應(yīng)無關(guān)。也即，N阱注入散射的影響改變了碰巧 在近旁的器件的閾值電壓(Vt)。該影響導(dǎo)致了電路操作性問題， 因此必須適當(dāng)考慮此影響。建模方法是基于平面視圖版圖識別N阱 抗蝕層接近度，以及再次通過經(jīng)驗校準(zhǔn)和基于與該N阱抗蝕層的距 離來定義N阱散射的閾值電壓影響。在共同擁有的共同未決的美國 專利申請No. 10/248,853 (公開號US2004/0034517A1 )中描述了 一種 用于對受N阱注入散射影響的結(jié)構(gòu)進行建模的技術(shù)。因此非常期望提供一種延伸上述概念以準(zhǔn)確地考慮半導(dǎo)體器件 中氮化物襯墊應(yīng)力所引起的版圖相關(guān)的變化的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過提供一種準(zhǔn)確地考慮在半導(dǎo)體器件中由基于氮化物 襯墊的應(yīng)力所引起的版圖相關(guān)的變化的計算上有效的技術(shù)，提供了 一種解決上述及其他問題的系統(tǒng)和方法。特別地，本發(fā)明使用方法 和算法來考慮電路版圖樣式的差異對電路性能的影響。這種算法被 實現(xiàn)以用于獲取適當(dāng)?shù)膽?yīng)力函數(shù)近似，并且在提取算法中獲取正確 的幾何參數(shù)。
本發(fā)明的特征包括 一 種用于依賴于版圖的特征的電路仿真方 法，該依賴于版圖的特征使用依賴于版圖的緊湊模型參量的電路網(wǎng) 表提取。
本發(fā)明還提供 一 種用于依賴于版圖的特征的電路網(wǎng)表提取算 法。該網(wǎng)表提取通過讀取特定電路信息的軟件程序("提取器") 來執(zhí)行。該信息通常以圖形數(shù)據(jù)形式存儲，使得其所表示的版圖信 息能夠易于修改。該網(wǎng)表提取程序?qū)崿F(xiàn)了用于計算諸如相鄰本地互
連形狀(由MC表示)和多晶硅(poly)布線形狀(由PC表示)的 面積、周長以及頂點計數(shù)的特征的"搜索桶(bucket)"方法。也可 以確定雙應(yīng)力襯墊技術(shù)中到應(yīng)力襯墊薄膜之間界面的距離測量(由 BP表示)。
本發(fā)明還提供了一種通過提取器和緊湊模型之間的界面來與緊 湊建模程序通信的網(wǎng)表算法。該界面包括緊湊模型"實例參數(shù)"的 集合，這些參數(shù)通常是諸如描述晶體管的FET溝道長度和寬度的物 理參量。本發(fā)明引入額外的實例參數(shù)，需要這些實例參數(shù)來描述能 夠用于計算各個FET上的應(yīng)力的依賴于版圖的參量。界面包括在"搜 索桶"中所找到的形狀的面積/周長/頂點以及在雙應(yīng)力工藝中到兩個
襯墊薄膜之間最靠近的界面的距離。緊湊-模型-提取器界面的這種形 式提供了用于通過使用處理任意版圖的有效系統(tǒng)來傳送關(guān)于不同版
ii圖樣式的信息的方法。
本發(fā)明還提供了 一種通過緊湊模型輸入模型參量所用的界面來 接收信息的緊湊模型算法。特別地，在第一階段，依賴于版圖的信 息通過包含非特定形狀信息的界面進行傳送，并且其被轉(zhuǎn)換為特定 形狀信息。接著，在該緊湊模型算法的第二階段，計算溝道所觀察 到的由于襯墊薄膜所導(dǎo)致的應(yīng)力。在該緊湊模型算法的第三階段， 應(yīng)力被轉(zhuǎn)換為諸如溝道載流子遷移率的緊湊模型參數(shù)。這些參數(shù)隨
電路仿真。
根據(jù)本發(fā)明的第 一 方面，提供了 一種用于為半導(dǎo)體晶體管器件 確定晶體管模型參量的系統(tǒng)和方法，所述器件具有提供晶體管應(yīng)力
效應(yīng)的一個或多個襯墊薄膜，所述方法包括
a )將物理晶體管設(shè)計信息的表示轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于所述晶體管 的實際形狀尺寸；
b) 將實際形狀尺寸轉(zhuǎn)換為由所述一個或多個襯墊薄膜所貢 獻的晶體管應(yīng)力水平；
c) 生成在包括所述晶體管器件的電路建模中所使用的緊湊 模型參數(shù)，所述緊湊模型參數(shù)包括當(dāng)對所述晶體管器件建模時在量 化應(yīng)力效應(yīng)的影響中所使用的以及基于所述計算的應(yīng)力水平的模型 參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的此方面，轉(zhuǎn)換步驟a)包括提取該晶體管器件的依 賴于版圖的特征，所述依賴于版圖的特征被用來生成所述實際形狀 尺寸。而且，所提取的依賴于版圖的特征包括相鄰本地互連形狀 和多晶硅形狀的面積、周長、頂點計數(shù)；并且還包括例如在雙應(yīng)
力襯墊技術(shù)中，到應(yīng)力襯墊薄膜之間界面的距離測量。
另外，根據(jù)本發(fā)明的此方面，緊湊模型參數(shù)包括被調(diào)整以考慮
襯墊應(yīng)力影響的溝道載流子遷移率。
還提供了進一步的步驟根據(jù)緊湊模型參數(shù)計算在包括該晶體
管器件的電路的仿真中所使用的電路級參量。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了 一種用于考慮施加在每個具有 一個或多個襯墊薄膜的晶體管器件上的襯墊薄膜應(yīng)力效應(yīng)，從而優(yōu)
化晶體管性能的系統(tǒng)和方法。該方法包括如下步驟
a) 接收包括所述晶體管器件的電路版圖的表示；
b) 提取該晶體管器件的依賴于版圖的特征，所述依賴于版 圖的特征被用來生成晶體管器件特征的實際形狀尺寸；
c) 將實際形狀尺寸轉(zhuǎn)換為由所述一個或多個襯墊薄膜所貢 獻的晶體管應(yīng)力水平；
d) 使用緊湊模型工具來仿真電路，所述仿真包括利用根據(jù) 所述晶體管應(yīng)力水平調(diào)整的緊湊模型參數(shù)；
e) 如果所述晶體管器件沒有滿足性能目標(biāo)，則修改所述電 路版圖，并且重復(fù)步驟a) -e)直到達到所述電路的性能目標(biāo)。
雙應(yīng)力襯墊(在一個界面處鄰接的兩個不同襯墊薄膜)的器件的建 模和應(yīng)力影響確定。這些技術(shù)也可以與其他建模技術(shù)組合使用，該 其他建模技術(shù)諸如STI應(yīng)力建模、N阱注入散射建模以及本領(lǐng)域公 知的其4也方法。


本發(fā)明的這些及其他特征、益處和優(yōu)點將通過參考下列文本和 附圖變得更加清晰，并且在整個附圖中類似的參考標(biāo)記指代類似的 結(jié)構(gòu)，其中
圖l示出了使用金屬接觸(MC)帶的半導(dǎo)體器件的示例；
圖2通過剖面視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的第一模型；
圖3A和3B示出了根據(jù)本發(fā)明的方法用于計算晶體管器件應(yīng)力
的影響的可選實施方式；
圖4A和4B示出了根據(jù)本發(fā)明在圖3A中示出的網(wǎng)表提取程序
320所實施的方法；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的柵極邊緣擴展的示例，其為形成新桶的過程的一部分；
圖6示出了 BP/BN界面600以及從定義柵極/FET面積515的邊 緣分別到BP/BN界面所測量的距離；
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明在圖3A中示出的緊湊模型程序340所實 施的方法；
圖8A和8B示出了能夠通過本發(fā)明的方法進行分析的更復(fù)雜 FET布置的示例；
圖9A示出了用于測量MC帶效應(yīng)的FET結(jié)構(gòu)的另一個示例； 以及圖9B示出了顯示溝道應(yīng)力與從(a)有限元模型(FEM)應(yīng)力 計算和(b)器件數(shù)據(jù)中獲得的金屬接觸(MC)帶百分比之間關(guān)系 的曲線圖10示出了顯示溝道應(yīng)力與從(a)有限元模型(FEM)應(yīng)力計 算和(b)使用根據(jù)本發(fā)明的分析模型和算法的分析計算中獲得的金 屬接觸(MC )切口的數(shù)目之間關(guān)系的曲線圖11示出了顯示溝道應(yīng)力與從(a)有限元模型(FEM)應(yīng)力計 算和(b)使用根據(jù)本發(fā)明的分析模型和算法的分析計算中獲得的金 屬接觸(MC)帶百分比之間關(guān)系的曲線圖12示出了顯示溝道應(yīng)力與從(a)有限元模型(FEM)應(yīng)力計 算和(b)使用根據(jù)本發(fā)明的分析模型和算法的分析計算中獲得的 MC距離之間關(guān)系的曲線圖；以及
圖13是示出了用于使用支持應(yīng)力的緊湊模型以優(yōu)化電路設(shè)計的 步驟流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明擴展了以前開發(fā)的用于其他現(xiàn)象的版圖相關(guān)的緊湊模型 算法，以便準(zhǔn)確地考慮半導(dǎo)體器件中氮化物襯墊應(yīng)力所引起的版圖 相關(guān)的變化的效應(yīng)。特別地，本發(fā)明通過使用用于獲取正確的應(yīng)力
取算法來考慮大的版圖變動對電路的影響。特別地，這些算法包括
14面向方向(directionally-oriented)的搜索"桶(bucket)"的特定信 息，以及包括特定方向的距離測量用于詳細(xì)分析半導(dǎo)體器件的鄰近 區(qū)域的特定形狀。
分析模型和算法
對于所有可能的氮化物襯墊情形的版圖都插入基于實驗的結(jié)果 是有問題的，因為版圖的變動很多，并且典型的版圖規(guī)則要么太復(fù) 雜要么太通用以至于不能預(yù)測該變動。因此，實驗數(shù)據(jù)不能涵蓋所 有可能的變動，并且將會存在很多這樣的情形，即，需要使用預(yù)測 方法來預(yù)測剛好超出數(shù)據(jù)范圍的外推法。為前面提到的STI應(yīng)力效 應(yīng)的版圖依賴性進行建模的要求更加簡單明了，因為設(shè)計空間只包 括Lrx和WRx這兩個參數(shù)。但是，在氮化物襯墊MC蝕刻版圖效應(yīng) 中，有多個依賴于版圖的參數(shù)，諸如MC距離、MC帶的數(shù)量、MC 片的數(shù)量以及平行MC的數(shù)量。此處，"MC"和"MCBAR"是指 形成金屬連接的本地互連掩膜，"PC"是指用于制造多晶硅柵極的 掩膜的名稱。另外，這些變化應(yīng)當(dāng)被表征出來，從實際器件起穿過 其整個寬度的相對大的距離。而且，在非常短的縱向距離內(nèi)，可以 有很多能夠影響應(yīng)力的氮化物襯墊"切口 (cut)"。
圖1示出了半導(dǎo)體器件的一個示例，例如，適合于描述金屬接 觸(MC)帶的特征的FET。器件100包括被多晶硅柵極130分隔開 的源才及區(qū)域110和漏極區(qū)域120。分別在源極區(qū)域110中距離柵極 130的中間參考線d,遠處提供具有長度MC^和寬度tMc的金屬接觸 112,在漏極區(qū)域120中距離柵極130的中間參考線dr遠處提供具有 長度MC^和寬度Wc的金屬接觸114。模型中所使用的MCl的示例 數(shù)值是0.3|im和1.0pm。模型中所使用的d,和dr的示例數(shù)值是0.1 (im。 器件100的有源區(qū)域(Rx) 140是LrxxWrx。為源極110提供了額 外的接觸150、 152和154，同時為漏極120提供了額外的接觸160、 162和164。
用于這種半導(dǎo)體器件的應(yīng)力函數(shù)或響應(yīng)是復(fù)雜的、三維的，并且與MC帶的數(shù)量有關(guān)。理論上，對FET上的依賴于版圖的應(yīng)力效 應(yīng)的電路仿真應(yīng)結(jié)合TCAD (計算機輔助設(shè)計技術(shù))仿真。但是， 由于CPU時間的高成本，無法對于每個版圖變動都執(zhí)行完整的3D 應(yīng)力計算。在存在成千的版圖變動并且每個單獨的3D有限元模型 (FEM)應(yīng)力計算就要花費數(shù)小時的CPU運行時間以及忽略在這些 3D FEM代碼中建立結(jié)構(gòu)的困難的情況下，這個問題是很難處理的。 即使執(zhí)行鏈接到該電路仿真器的2D計算也是不可能的。本發(fā)明通過 提供一種將所有這些復(fù)雜的3D問題集合近似為一個分析模型的算 法解決了這些問題。
分析模型
該分析模型的目的是將犧牲柵極以及周圍結(jié)構(gòu)的復(fù)雜3D幾何 參數(shù)簡化為代表每個器件的"平均，，應(yīng)力的"單估值，，應(yīng)力值。從 而就可以評估對器件遷移率和其他重要度量的影響。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的模型。提供了類似于圖1 所示的半導(dǎo)體器件的剖面視圖。器件200包括具有隔離物的多個多 晶硅柵極210、 220和230。具體地，隔離物212和214提供給柵極 210，隔離物222和224提供給柵極220，以及隔離物232和234提 供給柵極230。柵極(PC)的長度表示為Lp。ly。在柵極之間提供金 屬接觸(MC) 240和250，例如以用于連接漏極/源極擴散區(qū)域。MC (接觸)的寬度表示為tme。注意，同樣可以提供額外的柵極和接觸 以在器件200中向右側(cè)和/或向左側(cè)延伸。氮化物襯墊260是提供在 器件200的整個表面之上的薄膜。器件200還包括多個不同的襯底 和/或絕緣層270、 272和274。從位于柵極220中心處的參考線280 起，dr表示向右的距離，d,表示向左的距離。特別地，"d,表示從 參考線280到MC接觸250中心處的參考線的距離，"d2，，表示從參 考線280到接觸250右手側(cè)的柵極230中心的距離。應(yīng)當(dāng)理解，可 選地，參考線280可以位于柵極220的右手側(cè)，而不是如圖2所示 的位于柵極的中心。因此，在該模型中使用此參考線，"ch"可以表示從參考線280到接觸250左側(cè)的距離，以及"d2，，可以表示從參考 線280到接觸250的右側(cè)的距離。
從圖2所示的模型以及以下用于計算"單估值，，應(yīng)力值的公式 (1) - (8)可以看出，在用于根據(jù)版圖設(shè)計數(shù)據(jù)來獲得諸如互連阻 抗和電容的信息的提取工具的實現(xiàn)中需要多個變量。所需的變量包 括(a)在犧牲柵極和相鄰PC或MC之間的距離dr, d,; (b)相 鄰MC或PC的寬度t圓或tPC;以及(c )相鄰MC或PC的長度MCL 或PCL?？梢岳斫?，可以使用其他的距離參考方案。例如，距離可以 是測量從邊緣到邊緣的值，而不是中心到中心的距離。
算法
現(xiàn)在，在下面更詳細(xì)地描述分析模型和提取算法的細(xì)節(jié)。針對 (a)提取，(b)應(yīng)力計算，以及(c)器件遷移率方面的影響，包 括概括性的流程圖和相關(guān)公式。
根據(jù)本發(fā)明，例如使用具有大量桶的桶方法，其中每個桶的尺 寸限制在最小MC尺寸上。"桶"是指在柵極和其他相鄰形狀之間 的二維搜索區(qū)域。在桶中找到的任何形狀或形狀的任何部分都由該 形狀的頂點數(shù)量、該形狀的總面積以及該形狀的周長來表示。總的 說來，這為描述柵極鄰近區(qū)域的形狀提供了簡明、統(tǒng)一的方法。通 過分析多個相鄰的桶，可以確定相鄰形狀的位置和大小。應(yīng)當(dāng)理解， N阱散射影響分析也可以利用此桶方法，不過，提取的信息非常有 限，并且影響僅集中在Vt變化上。
對于根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行的應(yīng)力計算，該方法包括(a)在每個桶 中查找多個不同的參數(shù)，諸如柵極方位、MC和PC位置、面積、周 長，(b)使用公式從面積和周長部分中提取距離，(c)跨過多個 桶將面積和周長部分關(guān)聯(lián)起來；(d )將結(jié)果饋送到分析應(yīng)力計算中， (e)獲得在遷移率、電流以及其他模型參量上的影響，(f)獲得通 過其他參數(shù)提取和應(yīng)力計算所包括的BP/BN邊緣效應(yīng)，其中BP和 BN是定義在半導(dǎo)體器件技術(shù)中使用的兩個不同襯墊薄膜的存在的兩個互補掩膜，以及(g)適當(dāng)?shù)貙λ懈鞣N應(yīng)力效應(yīng)求和。
圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明一種實施方式的版圖提取算法。在方框 310中，提供電路版圖數(shù)據(jù)，例如，以GL1或GDSII格式。GL1 (圖 形語言l，由IBM公司開發(fā))和GDSII (圖形數(shù)據(jù)系統(tǒng)版本2,由 GE CALMA開發(fā))是指提供標(biāo)準(zhǔn)文件格式以用于傳送和存放2D圖形設(shè) 計數(shù)據(jù)的圖形語言。在方框320，根據(jù)該算法的第一階段，執(zhí)行提取 程序以提供注釋有本發(fā)明所使用的應(yīng)力參數(shù)的網(wǎng)表，這些參數(shù)包括 面積、周長、距離和形狀頂點。提取程序的一個例子是來自IBM公 司的有效快速集中提取(ERIE)寄生模型提取工具，其通常根據(jù)版 圖設(shè)計數(shù)據(jù)提供電路級的網(wǎng)表，并且提取互連阻抗和電容。提取工 具的其他例子包括加利福尼亞州圣何塞的Mentor Graphics />司的 Calibre工具，以及加利福尼亞州芒廷維尤的Synopsys />司的 Star-RCXT工具。因此，在該算法的第一階段，提取工具提供包括非 特定形狀信息的依賴于版圖的信息。
參考圖3A，在方框340中，根據(jù)算法的第二階段，執(zhí)行增加有 應(yīng)力模型算法的緊湊模型以計算溝道所觀察到的應(yīng)力，以及根據(jù)算
法的第三階段，另外計算對器件載流子遷移率的影響。緊湊模型340 可以是與電路仿真器兼容的標(biāo)準(zhǔn)BSIM模型，這些電路仿真器諸如 IBM公司開發(fā)的PowerSPICE,加州圣何塞的Synopsys公司開發(fā)的 Hspice, 和/或力口州圣4可塞的 Cadence Design Systems 乂^司開發(fā)的 Cadence Spectre電路仿真器。BSIM或者更具體地"BSIMPD"是指 加州大學(xué)伯克利分校所公開的用于絕緣體上硅(SOI)器件的緊湊模 型代碼。"PD"表示"部分耗盡，，，但是注意，此處所公開的主題 并不限于特定的緊湊模型類型。
因此，根據(jù)該算法的第二階段，從提取工具獲得的加有注釋的 網(wǎng)表界面被轉(zhuǎn)換為特定形狀信息，其中所述網(wǎng)表界面包括包含非特 定形狀信息的依賴于版圖的信息。
應(yīng)當(dāng)理解，在一種實施方式中，由提取程序提供的加有注釋的 網(wǎng)表界面信息可以首先被壓縮成標(biāo)準(zhǔn)格式("界面")，并且已壓縮的版圖描述被傳送給緊湊模型。由于路徑信息中的限制在這兩個 程序(提取器和緊湊模型)之間傳送，因此可能需要如此。可選地， 版圖信息可以不需要壓縮就從提取程序傳送到緊湊模型。例如，如 果存在其中這兩個代碼已緊密結(jié)合的軟件環(huán)境，則提取器可以將所 有形狀信息 一 字不差地直接傳送給緊湊模型。此傳送數(shù)據(jù)方法的一 種實現(xiàn)是簡單鏈接的形狀坐標(biāo)的列表。進一步而言，有可能使用概 念上反過來的情形，也即不是傳送非常詳細(xì)的信息，而是傳送較少 的信息。在半導(dǎo)體工藝(或版圖設(shè)計系統(tǒng))僅支持固定的晶體管集 合或者電子元件版圖的情況下，以及在一些情況下簡化處理有利時， 這是有可能的。因此，例如，可能只支持4種晶體管版圖或3種電 阻類型。在這種情況下，提取器將指示特定晶體管設(shè)計是按照第一 版圖(例如，"版圖樣式1"),并且知道版圖樣式1的應(yīng)力或版圖 的緊湊模型立即知道提供什么應(yīng)力/修改模型參數(shù)。
更特別地，根據(jù)該算法的第二階段，啟動對位于"犧牲"柵極 任 一 側(cè)相鄰搜索桶的內(nèi)容的掃描。通過考慮諸如物理版圖規(guī)貝'J的限 制，這些桶包含形狀，以及面積/周長/頂點，關(guān)于形狀數(shù)量和形狀的 物理寬度和長度的信息，其中寬度存儲為形狀的開始/結(jié)束邊緣的位 置，并且長度(也即"延伸長度")定義為平行于犧牲柵極邊緣。
第二階段的結(jié)果是有關(guān)各層上諸如MC、 PC以及襯墊應(yīng)力薄膜界面 (BP/BN界面)的相鄰形狀的版圖信息列表。應(yīng)當(dāng)理解，該算法包 括"自"應(yīng)力項，其表示晶體管是孤立的，附近沒有減弱應(yīng)力的版 圖特征，記住減少的應(yīng)力被認(rèn)為是不希望的，因為適當(dāng)類型的高 應(yīng)力趨向于提高遷移率。通過使用搜索桶中的信息，分析相鄰形狀 并且適當(dāng)?shù)蒯槍γ總€相鄰形狀計算減少的應(yīng)力。對晶體管的左側(cè)和 右側(cè)都使用PC柵極形狀作為中心參考執(zhí)行此操作，并且對MC和相 鄰PC形狀都執(zhí)行此才喿作。BP/BN界面效應(yīng)也包括在內(nèi)。
在已知溝道應(yīng)力的情況下，算法的第三階段執(zhí)行將應(yīng)力轉(zhuǎn)換為 緊湊模型參數(shù)335的緊湊模型代碼，這些參數(shù)被全部緊湊模型公式 (諸如前面提到的BSIM沖莫型)使用并且被電路仿真程序345用于
19電路仿真。算法的這個部分考慮縱向應(yīng)力(沿著FET中電流流動方 向)和橫向應(yīng)力(平行于犧牲柵極)。解析表達式用于進行該轉(zhuǎn)換。 修改的參數(shù)335可以包括諸如FET遷移率一類的項。接著，緊湊模 型參數(shù)被傳送到諸如前面引用的BSIM模型的緊湊模型代碼。
如圖3A中進一步示出的，電路仿真程序345也可以接收如方框 330所示的手工創(chuàng)建的網(wǎng)表輸入。通常，用于電路仿真的緊湊模型是 在設(shè)計納米量級的片上系統(tǒng)(SOC)中扮演重要角色的電路設(shè)計CAD 工具。特別地，緊湊模型在設(shè)計者所使用的電路仿真器的準(zhǔn)確性和 有效性方面扮演關(guān)鍵角色，同時還是通往將要制造該設(shè)計的技術(shù)的 橋梁。用于例如場效應(yīng)晶體管的電路仿真元件的緊湊模型包括諸如 幾何參數(shù)、偏壓、溫度、DC、 AC、 RF和噪聲特性一類的效應(yīng)。
最后，如圖3A所示，通過使用新的緊湊模型參數(shù)335分析各種 電路拓樸的電性能以執(zhí)行電路仿真程序345，然后生成仿真結(jié)果350。
圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明的版圖提取算法的可選實施方式。在圖 3B所示的實施方式中，應(yīng)當(dāng)注意，盡管應(yīng)力模型算法可以作為電路 仿真中所使用的緊湊模型的一部分來調(diào)用，但該應(yīng)力模型算法也可 以合并在獨立于緊湊模型346 (不具有應(yīng)力模型算法)工作的軟件應(yīng) 用程序343中，并且為了簡化的目的，電路仿真器345提取包括應(yīng) 力模型實例參數(shù)的網(wǎng)表。在該后一種應(yīng)用中，包括有所有依賴于版 圖的應(yīng)力參數(shù)的所提取的網(wǎng)表被輸入到調(diào)用應(yīng)力模型算法的程序 343中。接著，應(yīng)力模型算法計算在電路仿真期間所需要的修正的 FET模型參數(shù)(諸如遷移率)，以及生成包括修正的FET模型參數(shù) 而不是原始的整套依賴于版圖的參數(shù)的簡化網(wǎng)表344。用于網(wǎng)表筒化 的程序343可以是單獨的程序、提取程序的一部分或者電路仿真器 (但不是緊湊模型)的一部分。
圖4A示出了圖3A中所示的網(wǎng)表提取程序320所實現(xiàn)的方法 400。如圖4A所示，步驟402是輸入電路的2D圖形版圖數(shù)據(jù)的步 驟。盡管本發(fā)明通常應(yīng)用于使用此處所描述的"桶"方法的所有類 型的電路和半導(dǎo)體器件的建模性能，但為了示例的目的，描述有關(guān)從FET器件的版圖中提取應(yīng)力參數(shù)的新穎處理。在從版圖中提取應(yīng) 力參數(shù)時，可以使用兩種類型的提取。具體地，可以使用柵極PC到 相鄰PC ( PC-PC )、柵極PC到相鄰MC ( PC-MC )提取(使用桶的 本地最近鄰居分析)，以及BP/BN邊緣提取(本地/遠處的形狀邊緣 測量)。使用桶來執(zhí)行PC-PC和PC-MC，而使用距離測量來執(zhí)行 BP/BN。
因此，如圖4A所示，重復(fù)地執(zhí)行下列步驟針對包括在電路中 的每個FET柵極405,針對左、右方向中的每一個方向和金屬接觸
(MC)、多晶硅布線層(PC)中的每一個(在步驟408示出)，以 及如步驟410所示，針對每個桶直到預(yù)定的最大允許的桶，生成擴 展桶?，F(xiàn)在參考圖5更詳細(xì)地描述桶方法。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的柵極邊緣擴展的示例，其為形成新桶 的過程的一部分。提供了僅針對半導(dǎo)體器件一側(cè)的示例。在器件500 中，柵極PC 505包括參考柵極/FET區(qū)域515,也稱為"犧牲柵極"。 第一金屬接觸(MC) 535是離參考柵極/FET區(qū)域515第一近的相鄰 物，而第二金屬接觸(MC) 545是第二近的相鄰物。從參考點開始， 例如柵極PC的最右側(cè)邊，提供了多個擴展桶，如桶1 (510)、桶2
(520 )、桶3 ( 530 )、桶4 ( 540 )、桶5 ( 550 )、桶6 ( 560 )和 桶7 ( 570 )。虛線525表示被向東或向右整數(shù)量擴展的Rx和PC的 區(qū)域交叉。優(yōu)選地，當(dāng)擴展桶時，只有一條平行于參考邊緣的邊緣 是移動的，不過，可以理解可以移動多于一條的邊緣。為了說明的 目的，最靠近柵極的邊緣是參考邊緣，其他兩條邊緣被沿電流流動 方向延伸的RX邊緣所固定。因此，桶所圍繞的面積從參考柵極的 邊緣計算出來。如果桶只覆蓋形狀(例如，MC)的一部分，則在該 桶中只報告這一部分。假設(shè)該形狀全部位于最后搜索的桶內(nèi)，隨后 的桶會捕獲該形狀的其余部分直到該形狀被完全包圍。選擇桶/大小 位置以使得若在最后一個桶中找到新的形狀的 一部分，則可以以適 當(dāng)?shù)姆绞教幚碓撨h處的片段，因為其離犧牲柵極的距離相對較大。 正如將要描述的，緊湊模型能夠重構(gòu)該形狀。距比形狀在電流流動方向的最小延伸距離更窄，并且形狀與形狀之 間的間距應(yīng)當(dāng)比桶的寬度更大。通過這種方式，不存在包含兩個不 同形狀的一部分的桶(例如，在桶擴展方向上的不同，而不是"垂 直地")。
因此，如圖5中所看到的，擴展桶的使用有助于確定MC結(jié)構(gòu) 535、 545的位置信息。通過得知每個桶的大小以及它們在特定方向 (縱向或橫向)的擴展，就可以確定MC邊緣(或PC邊緣)相對于 犧牲柵極的參考邊緣的位置。回到圖4A，可以在步驟413中根據(jù)該 信息確定每個桶中所包圍的形狀的面積、周長和頂點。接著，在步 驟417、 420執(zhí)行進一步的處理，包括針對在左和右方向用于隨后 的PC/MC的擴展桶重復(fù)這些處理步驟，以及記錄每個桶中所包圍的 形狀的面積、周長和頂點。最后，如步驟425所示，針對將要建模 的電路的下一個FET柵極重復(fù)處理步驟。
在圖4B中繼續(xù)，其中示出了進一步的步驟428,包括測量到四 (4)個周界方向的每一個方向上的BP/BN邊緣的距離的步驟。如圖 6所示，所測量的距離包括從PC柵極邊緣到相鄰BP/BN邊緣界面的 距離(本地/遠處形狀邊緣測量)。特別地，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明 的BN/BP邊緣檢測的示例，其針對浮體情形(沒有綁定主體)。此 步驟的特征包括對柵極邊緣到相鄰BP/BN界面的距離的直接測量， 這些距離是i)垂直于電流流動方向，ii)平行于電流流動方向，iii) 四個測量，以及iv)關(guān)于棚-極區(qū)域。如圖6所示，所述四個測量包 4舌^口下^巨離，1列^口 pdistbpe 602、 pdistbpw 604、 pdistbpn606禾口 pdistbps608,所有測量都從限定柵極/FET區(qū)域515的邊緣起到BN/BP 邊緣界面。應(yīng)當(dāng)理解，該示例假設(shè)BP和BN總是互補的。
回到圖4B,接下來的步驟432是將結(jié)果寫出到為緊湊模型程序 340 (圖3A)提供注釋有提取的面積和周長的網(wǎng)表的界面中。提取 器從根據(jù)算法第一階段生成的桶擴展(PC/MC)返回的第一組額外 的提取器參數(shù)包括p(u)(v)(w)(x)—直(微米級的面積或周長)
其中，p(u)(v)(w)(x)是作為在提取器和緊湊模型之間傳送提取的版圖 信息的界面的一部分的固定字符串，其中u是具有以下四個值之一 的變量r^北方，s二南方，e二東方，w-西方；v是具有以下三個值 之一的變量&=面積，p二周長，以及v^頂點計數(shù)；w是具有以下兩 個值之一的變量PC是表示PC形狀的標(biāo)志，CT是表示MC形狀的 標(biāo)志；以及x表示桶的數(shù)量。提取器從根據(jù)算法第一階段生成的桶 擴展(BP/BN邊緣)返回的作為界面的一部分的第二組額外的提取 器參數(shù)如下
pdistbp(u)H直(微米級的按比例縮放的距離)
其中，pdistbp(u)是固定字符串；并且u是表示一個或四個值的變量 11=北方，s二南方,e二東方，w二西方。
應(yīng)當(dāng)理解，諸如多晶硅柵極的長度和寬度等的傳統(tǒng)提取信息也 提供給界面，如步驟435所示。
現(xiàn)在參考圖7，其示出了根據(jù)本發(fā)明在緊湊模型/電路仿真中使 用的方法700的流程圖，正如由圖3A所示的緊湊模型程序340所執(zhí) 行的。第一步驟703指示針對每個將要建模的FET將執(zhí)行隨后的處 理步驟。如圖7接下來所示，步驟705示出了讀取由提取程序所提 供的加有注釋的網(wǎng)表界面信息的步驟。下一步驟708涉及掃描包括 表示半導(dǎo)體FET器件中所包含的每個特征的面積、周長、頂點計數(shù) 的新參數(shù)的相關(guān)網(wǎng)表信息。根據(jù)在步驟708獲得的掃描的加有注釋 的網(wǎng)表信息，下一步驟711涉及計算器件中矩形(特征)形狀的大 小和位置。通過使用關(guān)于相鄰?fù)皟?nèi)容的信息，可以進一步分析選定 的非矩形形狀的類型，例如在步驟714所示出的。接著，如步驟717 所示編譯形狀的大小、位置以及BP/BN界面距離的列表。進一 步地， 在緊湊模型中根據(jù)通過提取器-緊湊模型界面?zhèn)魉偷男畔⒁约疤崛〕绦虻贸龅男畔碛嬎銓嶋H形狀尺寸的數(shù)值。根據(jù)該信息，如步驟720
所示，計算柵極溝道所觀察到的應(yīng)力。
更具體地，下面將通過公式(1) - (8)描述通過提取工具獲得 的輸入?yún)?shù)，其中所述提取工具用于計算由于額外的相鄰形狀(例 如，MC、 PC和BP/BN界面)的存在所導(dǎo)致的柵極溝道所觀察到的 應(yīng)力。
由于分析模型是被設(shè)計用來將復(fù)雜的3D幾何參數(shù)簡化為針對 各個器件的"平均"應(yīng)力，因此可以評估對器件遷移率以及其他重 要度量的影響。在下列公式l)中，假設(shè)應(yīng)力是均勻的，因此采用單 個平均數(shù)值。根據(jù)公式1，以兆帕斯卡給出的總應(yīng)力"o"，例如計 算為
( 1 )
其中，(jL是襯墊在縱向方向(平行于電 流流向)虧j入的應(yīng)力，并且
根據(jù)如下公式(2a)進行控制
(2a)
以及其中，cjT是襯墊在橫向方向(垂直于電流流向)引入的應(yīng)力， 并且根據(jù)如下公式(2b)進行控制 a 二Obp +Ob0dy -contact
(2b)
根據(jù)公式(2a)和(2b),定義如下項
c^產(chǎn)W犧牲柵極的Lp。ly) (3)
其表示代表孤立晶體管的額定的自應(yīng)力項，其中f!是與所分析的FET 的"犧牲柵極"的柵極長度Lp。,y成反比的多項式加權(quán)函數(shù)；
、,W, + ,mc / 2) "2 (d / 2) MC,
邵M
W，拳
(《wmc/2)H/2) R
/w
(4)
其表示由通過求和項(一個用于柵極的左邊，另一個用于柵極的右 邊)引入的額外的相鄰MC形狀所貢獻的應(yīng)力項；以及，
24W妙
<formula>formula see original document page 25</formula>
(5)
其表示由通過求和項(一個用于柵極的左邊，另一個用于柵極的右 邊)引入的PC形狀所貢獻的應(yīng)力項。
由于MC和PC形狀導(dǎo)致的應(yīng)力公式中各項的定義包括下列 ， k^針對MC的剛度系數(shù)(根據(jù)PFET或NFET而變化)；也即， 剛度系數(shù)k2是技術(shù)相關(guān)的，因為它們包括包含由于間距大小、
夕曰 多-a
晶硅厚度等引起的效應(yīng)的剛度值；
dr犧牲柵極中心與相鄰形狀(MC)中心之間的距離(參見圖2，其
中di表示為A和dr);
tmc二MC的寬度(在電流流動方向上)；
tpc-PC的寬度(在電流流動方向上)；
MCL, PCL=MC (PC)形狀的延伸長度(垂直于電流流向)；
Wp。,y—西牲柵極的寬度(平行于電流流向)；以及
Imc/Ipc^形狀與形狀的相交項(才艮據(jù)PFET或NFET而變化)。
可以理解，氮化物薄膜處理的細(xì)節(jié)反映在模型中，因為薄膜的 剛度系數(shù)和厚度可以在公式中使用。
在下列公式中，(j^表示由于襯墊薄膜的存在，BP邊緣效應(yīng)項在 縱向方向貢獻的應(yīng)力項；^p表示由于襯墊薄膜的存在，BP邊緣效應(yīng)
項在橫向方向貢獻的應(yīng)力項；以及，CJb。dy《。ntaet表示只有在晶體管具 有SOI體接觸時存在的體接觸應(yīng)力項。
利用通過提取工具獲得的BP/BN距離測量，由于襯墊薄膜的存 在，BP邊^(qū)^效應(yīng)項在縱向方向貢獻的應(yīng)力項c^可以計算為
<formula>formula see original document page 25</formula>
(6)
其中，擬合參數(shù)dj, C2j根據(jù)NFET、 PFET而不同。同樣的，由于 襯墊薄膜的存在，B P邊緣效應(yīng)項在橫向方向貢獻的應(yīng)力項CT^可以計
算為
<formula>formula see original document page 25</formula>其中，擬合參數(shù)C3j根據(jù)NFET、 PFET而不同。crb。dy-contact項表示體 接觸應(yīng)力項，其可以計算為
其中，(X和C4j是擬合參數(shù)。
進一步參考圖7，繼續(xù)步驟725,其中示出了根據(jù)在步驟720中 所計算的應(yīng)力值計算模型參數(shù)調(diào)整的步驟。該步驟涉及根據(jù)如下公 式(9)計算調(diào)整的載流子遷移率的值g: /4=《 力] (9)
其中，《—'是額定載流子遷移率值(校準(zhǔn)到參考應(yīng)力水平)；以及 f2是作為所計算的縱向應(yīng)力oL和橫向應(yīng)力cjT的函數(shù)的多項式加權(quán)函 數(shù)。所計算的應(yīng)力值與其他緊湊模型參數(shù)之間的其他關(guān)系，諸如閾 值或遷移率對垂直電場的靈敏度另外考慮。
最后，如步驟727所示，為電路中的下一個FET重復(fù)圖7所示 的處理步驟，以及緊湊模型程序繼續(xù)常規(guī)電路仿真，只不過現(xiàn)在利 用考慮了襯墊應(yīng)力所引入的因素的更準(zhǔn)確的建模。只有到其他FET 模型參數(shù)已經(jīng)被調(diào)整為考慮應(yīng)力效應(yīng)時，才會開始常規(guī)電路仿真， 如步驟730所示。在常規(guī)電路仿真中，電路級參量可以根據(jù)緊湊模 型參數(shù)來計算。也就是，接著使用適合于確定終端電流和電荷的緊 湊模型代碼來生成在算法的下一階段中在電路仿真中使用的項。緊
模型)，或;是針對應(yīng)力建模已經(jīng);發(fā)的自定義代碼一。、
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的方法能夠處理具有比普通FET器件的布置 更復(fù)雜形狀的半導(dǎo)體器件。圖8A和8B示出了能夠使用本發(fā)明的方 法分析的更復(fù)雜的FET布置的示例。如圖8A所示，本發(fā)明的方法 能夠提取(在桶中)額外的面積、周長和頂點參數(shù)以用于針對"T-型"體接觸FET器件810和"H-型"體接觸FET器件850的應(yīng)力計 算。圖8A所示的T-型體接觸FET器件版圖810包括PC(柵極)813、 MC漏極和源極接觸815、 RX (擴散)820、 MC (體接觸)825和BP邊緣830部分，而圖8B所示的H-型體接觸FET器件版圖850包 括PC (柵極)853、 MC漏極和源極接觸815、 RX (擴散)820、分 別包括BP邊緣880a, 880b的MC (體接觸)區(qū)域875a, 875b部分。 這些特征尺寸的所有大小可以是由基本規(guī)則固定的，該基本規(guī)則允 許使用諸如公式(8)的公式為額外的應(yīng)力貢獻建模。分析模型在表 示平均應(yīng)力方面的準(zhǔn)確性已經(jīng)被圖9-圖12顯示的數(shù)據(jù)驗證，在圖9-圖12中，在適當(dāng)?shù)膭偠认禂?shù)方面將本發(fā)明的分析模型與有限元結(jié)果 進行了比較。
具體地，圖9A示出了用于測量MC帶效應(yīng)的示例性FET結(jié)構(gòu)。 通過改變MCJMC長度)的大小從而改變帶。因此，如圖9A所示， 器件900包括由多晶硅柵極930分隔開的源極區(qū)域910和漏極區(qū)域 920。分別在源極區(qū)域910和漏極區(qū)域920中距離柵極930側(cè)邊為d 的地方提供具有長度Md和寬度tMC的偽金屬接觸912和914。在模 型中所使用的MCl的示例但是0.3|am和l.O(im。 "d，，表示以pm為 單位的偽MC-PC距離，其是在圖9A的x軸上變化的變量。在模型 中所使用的d的示例值是0.1pm。器件900的有源區(qū)域(Rx) 940為 LRXxWRX。為源極910提供測量接觸950、 952和954，而為漏極920 提供另外的接觸960、 962和964。
圖9B示出了顯示溝道應(yīng)力與從(a)有限元模型(FEM)應(yīng)力 計算和(b)器件數(shù)據(jù)中獲得的金屬接觸(MC)帶百分比之間關(guān)系 的曲線圖。x軸表示帶的百分比，在0%到100%之間，左手y軸表 示FEM仿真結(jié)果的應(yīng)力，單位為兆帕斯卡(MPa)，右手y軸表示 針對本發(fā)明分析模型的歸 一化的無單位的應(yīng)力值。該曲線圖驗證了 FEM仿真結(jié)果大體上與器件數(shù)據(jù)吻合。
圖10示出了顯示溝道應(yīng)力與從(a)有限元模型(FEM)應(yīng)力計 算和(b)使用根據(jù)本發(fā)明的分析模型和算法的分析計算中獲得的在 犧牲柵極與接觸之間的金屬接觸(MC)切口的數(shù)目之間關(guān)系的曲線 圖。x軸表示MC切口的數(shù)目，例如，0、 l或2， y軸表示針對有限 元仿真結(jié)果和本發(fā)明的分析模型的應(yīng)力，單位為MPa。此曲線圖驗
27證了分析模型與FEM結(jié)果非常吻合。
圖11示出了顯示溝道應(yīng)力與從(a)有限元模型(FEM)應(yīng)力計 算和(b)使用根據(jù)本發(fā)明的分析模型和算法的分析計算中獲得的 MC帶百分比之間關(guān)系的曲線圖。x軸表示帶的百分比，在0%到100% 之間，y軸表示針對有限元仿真結(jié)果和本發(fā)明的分析模型的應(yīng)力，單 位為MPa。此曲線圖驗證了分析模型與FEM結(jié)果非常吻合。
圖12示出了顯示溝道應(yīng)力與從(a)有限元模型(FEM)應(yīng)力計 算和(b)使用根據(jù)本發(fā)明的分析模型和算法的分析計算中獲得的 MC距離之間關(guān)系的曲線圖。對數(shù)x軸表示MC-PC距離，單位為pm， y軸表示針對有限元仿真結(jié)果和本發(fā)明的分析模型的應(yīng)力，單位為 MPa。此曲線圖再次驗證了分析模型與FEM結(jié)果非常吻合。
根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供了 一種用于優(yōu)化諸如半導(dǎo)體晶體 管器件的半導(dǎo)體器件的設(shè)計的計算機實現(xiàn)的系統(tǒng)和方法，其中所述 半導(dǎo)體器件被設(shè)計為具有一個或多個提供晶體管應(yīng)力的襯墊薄膜。 能夠?qū)σr墊薄膜應(yīng)力效應(yīng)進行建模使得電路設(shè)計者能夠針對應(yīng)力效 應(yīng)優(yōu)化他們的電路。
一 而言，相鄰形狀的存在往往會減少犧牲柵極所觀察5 'J的應(yīng) 力，從而降低性能。 一個例子是相鄰于犧牲柵極的本地互連(MC) 形狀。通常，應(yīng)力隨著MC形狀的位置靠近犧牲柵極而減少。應(yīng)力 隨著MC帶因子的減少而增加，因為對襯墊薄膜中斷較少。不過， 這些變化影響晶體管電響應(yīng)的其他方面。例如，移動MC形狀越靠 近柵極，會增加與柵極的電容性耦合，這通常是一個負(fù)面因素，以 及減少帶因子會增加晶體管的有效串聯(lián)阻抗，這也是 一 個負(fù)面因素。 其他因素，諸如相鄰PC布線/柵極也會影響應(yīng)力響應(yīng)。例如，密集 的PC柵極往往能夠改善性能但卻會減小應(yīng)力。因此，由于在應(yīng)力與 其他電路電因素中存在設(shè)計上的權(quán)衡，所以希望使用支持應(yīng)力的緊 湊模型來優(yōu)化電路響應(yīng)。
圖13示出了用于使用支持應(yīng)力的緊湊模型來優(yōu)化電路設(shè)計的步 驟流程圖1000。該過程包括在電路版圖、提取、緊湊模型和電路仿真之間的重復(fù)環(huán)路。優(yōu)化可以是手動執(zhí)行，也可以通過使用諸如牛
頓登山(Newton hill-climbing )方法或遺傳算法方法或其它方法的技 術(shù)的優(yōu)化程序來驅(qū)動。電路版圖修改可以手動執(zhí)行或者使用自動程 序進行。如在第一步驟1003所示，其示出了提供初始電路版圖的步 驟，例如包括，讀取電路中器件的圖形版圖數(shù)據(jù)。接著，在步驟1006, 使用此處參考圖4-圖7所描述的支持應(yīng)力的版圖提取程序來建立網(wǎng) 表。
下一步繼續(xù)到步驟1009，其示出了使用支持應(yīng)力的緊湊模型來 仿真所設(shè)計的電路的步驟。下一步驟1012涉及確定針對該特定設(shè)計 是否已經(jīng)滿足了電路性能目標(biāo)。如果已經(jīng)滿足性能目標(biāo)，則處理在 步驟1018結(jié)束；否則，如果設(shè)計的電路未滿足性能目標(biāo)，則如步驟 1015所示可以修改電路設(shè)計，并且處理返回到步驟1006以便使用支 持應(yīng)力的版圖提取程序建立新的網(wǎng)表。
此處所討論的技術(shù)可以使用適當(dāng)?shù)挠嬎阗Y源來實現(xiàn)，包括處理 和程序存儲器或內(nèi)存資源。 一 個或多個處理器可以執(zhí)行任何類型的 計算機代碼裝置，諸如軟件、固件、微代碼等，以便實現(xiàn)此處所描 述的功能特性。從而，可以以本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的方式提供 有形地實現(xiàn)在這種計算機代碼裝置中的計算機程序產(chǎn)品或程序存儲 裝置。此處已經(jīng)參考特定示例性實施方式對本發(fā)明進行了描述。對 于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下做出某些改 變和修改是顯而易見的。所述示例性實施方式旨在說明的作用，不 是用于限制本發(fā)明的范圍。
工業(yè)實用性
本發(fā)明可用于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其可用于應(yīng)力場效應(yīng)晶體管。
權(quán)利要求
1. 一種用于對半導(dǎo)體晶體管器件(200)進行建模的方法，該器件具有一個或多個提供晶體管應(yīng)力效應(yīng)的襯墊薄膜(260)，所述方法包括下列步驟a)將物理晶體管設(shè)計信息的表示轉(zhuǎn)換為對應(yīng)于所述晶體管的實際形狀尺寸(310)，b)將實際形狀尺寸轉(zhuǎn)換為由所述一個或多個襯墊薄膜貢獻的晶體管器件應(yīng)力水平(343)；以及c)生成在對包括所述晶體管器件的電路進行建模中所使用的緊湊模型參數(shù)(345，346)，所述緊湊模型參數(shù)包括當(dāng)對所述晶體管器件進行建模時在量化應(yīng)力效應(yīng)的影響中所使用的以及基于所述計算的應(yīng)力水平的模型參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟a)包括提取所述 晶體管器件的依賴于版圖的特征的步驟，所述依賴于版圖的特征被 用來生成所述實際形狀尺寸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述提取所述晶體管器件 的依賴于版圖的特征的步驟包括下列步驟d) 實現(xiàn)桶結(jié)構(gòu)，所述桶結(jié)構(gòu)具有對應(yīng)于與所述晶體管器件的柵 極結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的參考位置的第一邊緣；e) 擴展所述桶結(jié)構(gòu)的一個或多個附加邊緣，以;險測在所述柵極 結(jié)構(gòu)的附近區(qū)域的特征，該附近區(qū)域由所述桶結(jié)構(gòu)的所述第一邊緣 和一個或多個附加邊緣所定義；以及f) 生成表示在所述附近區(qū)域檢測到的所述特征的版圖的實例參數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述步驟e)包括下列步 驟相對于所述參考位置，在所述柵極結(jié)構(gòu)的相反方向上擴展所述 桶結(jié)構(gòu)的所述一個或多個附加邊緣，以檢測在所述附近區(qū)域中的特 征。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述步驟f)包括下列步驟 測量在所述附近區(qū)域中檢測到的版圖形狀的面積、周長和頂點計數(shù) 中的一個或多個。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述版圖形狀包括本地互 連金屬接觸形狀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述版圖形狀包括本地多 晶硅結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述步驟f)包括下列步驟 測量從所述柵極結(jié)構(gòu)到應(yīng)用于所述晶體管器件的 一 個或多個應(yīng)力襯 墊薄膜之間的界面的距離，所述實例參數(shù)包括所述測量的距離。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括下列步驟重復(fù)步 驟a)-f),以針對其性能將要被建模的電路中的每個晶體管器件生 成實例參數(shù)和所測量的應(yīng)力襯墊薄膜界面距離。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括下列步驟將表示 針對晶體管器件生成的所述依賴于版圖的特征的所述實例參數(shù)寫入 到界面，該界面適合于與計算所述晶體管器件觀察到的應(yīng)力的緊湊 模型工具進行通信。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進一步包括下列步驟將所生成的表示所述依賴于版圖的特征的實例參數(shù)壓縮為壓縮 的版圖格式，并將該壓縮的版圖格式傳送到緊湊模型工具。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述將表示依賴于版圖 的特征的所述實例參數(shù)寫入到緊湊模型工具的步驟包括將包括表 示所述依賴于版圖的特征的形狀坐標(biāo)列表的版圖形狀信息直接傳送 到所述緊湊模型工具中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括步驟掃描利用 從擴展的相鄰?fù)敖Y(jié)構(gòu)獲得的信息而針對晶體管器件生成的所述實例 參數(shù)，以計算矩形形狀結(jié)構(gòu)的大小和位置。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，進一步包括步驟掃描利用 從擴展的相鄰?fù)敖Y(jié)構(gòu)獲得的信息而針對晶體管器件生成的所述實例參數(shù)，以重組在所述柵極結(jié)構(gòu)的所述附近區(qū)域中的復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進一步包括步驟編譯形狀 尺寸和位置以及應(yīng)力襯墊薄膜界面距離的列表，以為每個晶體管柵 極器件計算所述晶體管應(yīng)力水平。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述緊湊模型參數(shù)包括被 調(diào)整以考慮襯墊應(yīng)力影響的溝道載流子遷移率。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟根據(jù)緊湊模 型參數(shù)計算在包括所述晶體管器件的電路的仿真中使用的電路級參量。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述晶體管應(yīng)力水平表示所述晶體管器件的溝道觀察到的平均應(yīng)力水平，所述應(yīng)力包括縱向 和才黃向應(yīng)力分量。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述晶體管應(yīng)力水平包 括表示晶體管是孤立的且在所述柵極結(jié)構(gòu)的附近區(qū)域不存在會影響 應(yīng)力的特征的自應(yīng)力分量。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟a)到c)包括 實現(xiàn)用于生成所述緊湊模型參數(shù)的緊湊模型裝置，其中所述緊湊模 型參數(shù)在對所述晶體管器件進行建模時使用并且包括那些基于所述 計算的應(yīng)力水平的模型參數(shù)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述步驟b)包括實現(xiàn)應(yīng) 力模型計算裝置，用于計算所述晶體管器件的應(yīng)力水平以及基于所 述計算的應(yīng)力水平生成所述模型參數(shù)；以及所述步驟c)包括實現(xiàn)獨 立于所述應(yīng)力模型計算裝置并且從所述應(yīng)用模型計算裝置接收所述 模型參數(shù)的緊湊模型裝置，所述緊湊模型裝置用于在對所述晶體管 器件進行建模時量化應(yīng)力效應(yīng)的影響。
22. —種用于對半導(dǎo)體晶體管器件(200)進行建模的系統(tǒng)，該 器件具有一個或多個提供晶體管應(yīng)力效應(yīng)的襯墊薄膜(260 ),所述 系統(tǒng)包括提取裝置，用于處理對應(yīng)于所述晶體管器件的物理晶體管設(shè)計數(shù)據(jù)的格式化表示(320 )，以及生成包括非特定特征形狀信息的依 賴于版圖的信息(330),緊湊模型裝置，用于接收所述依賴于版圖的信息和所述非特定 特征形狀信息，以及計算晶體管器件應(yīng)力水平(345， 346 ),所述緊湊模型裝置還生成緊湊模型參數(shù)以便在對包括所述半導(dǎo)體晶體管 器件的電路的性能進行建模中使用，所述緊湊模型裝置提供根據(jù)所 述計算的應(yīng)力水平調(diào)整的緊湊模型參數(shù)，以用于在對所述電路性能 進行建模時量化應(yīng)力效應(yīng)的影響。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述提取裝置還包括用 于提取所述晶體管器件的依賴于版圖的特征的裝置，所述依賴于版 圖的特征被用來生成實際形狀尺寸。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述用于提取所述晶體 管器件的依賴于版圖的特征的裝置包括桶結(jié)構(gòu)，具有對應(yīng)于與所述晶體管器件的柵極結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的參 考位置的第 一邊緣以及可擴展來檢測在所述柵極結(jié)構(gòu)的附近區(qū)域中 的特征的一個或多個附加邊緣，該附近區(qū)域由所述桶結(jié)構(gòu)的所述第 一邊緣和所述一個或多個附加邊緣所定義；以及用于生成表示在所述附近區(qū)域中檢測到的所述特征的版圖的實 例參數(shù)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述用于提取所述依賴 于版圖的特征的裝置測量在所述附近區(qū)域中檢測到的版圖形狀的面 積、周長和頂點計數(shù)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述版圖形狀包括本地 互連金屬接觸形狀。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述版圖形狀包括本地 多晶硅結(jié)構(gòu)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，進一步包括用于測量從柵 極結(jié)構(gòu)到應(yīng)用于所述晶體管器件的一個或多個應(yīng)力襯墊薄膜之間界 面的距離，所述實例參數(shù)包括所述測量的距離。
29. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，進一步包括在依賴于版圖的 信息生成裝置和緊湊模型工具之間的界面裝置，所述界面接收針對 所述晶體管器件生成的所述生成的實例參數(shù)并且將所述實例參數(shù)傳 送給所述緊湊模型工具。
30. —種用于考慮施加于晶體管器件的襯墊薄膜應(yīng)力效應(yīng)來優(yōu) 化晶體管性能的方法，所述晶體管器件具有一個或多個襯墊薄膜， 所述方法包括下列步驟a) 接收包括所述晶體管器件的電路版圖(310)的表示；b) 提取所述晶體管器件的依賴于版圖的特征(320 )，所述依 賴于版圖的特征被用來生成晶體管器件特征的實際形狀尺寸；c) 將實際形狀尺寸轉(zhuǎn)換為由所述一個或多個襯墊薄膜所貢獻的 晶體管應(yīng)力水平(343 );d) 使用緊湊模型工具來仿真電路(345 ),所述仿真包括利用 根據(jù)所述晶體管應(yīng)力水平調(diào)整的緊湊模型參數(shù)；以及e) 如果所述晶體管器件沒有滿足性能目標(biāo)，則修改所述電路版 圖，并且重復(fù)步驟a )到步驟e )，直到達到所述電路的性能目標(biāo)(350 )。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述提取步驟b)包括 生成包括非特定特征形狀信息的依賴于版圖的信息，所述依賴于版 圖的信息還包括應(yīng)力參數(shù)信息。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中所述步驟b)包括如下 步驟f) 實現(xiàn)桶結(jié)構(gòu)，所述桶結(jié)構(gòu)具有對應(yīng)于與所述晶體管器件的柵 極結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的參考位置的第一邊緣；以及g) 擴展所述桶結(jié)構(gòu)的一個或多個附加邊緣，以檢測在所述柵極 結(jié)構(gòu)的附近區(qū)域中的特征，該附近區(qū)域由所述桶結(jié)構(gòu)的所述第 一邊 鄉(xiāng)彖和所述一個或多個附加邊鄉(xiāng)彖所定義；以及h )生成表示在所述附近區(qū)域中檢測到的所述特征的版圖的實例 參數(shù)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述步驟f)包括如下步驟測量在所述附近區(qū)域中檢測到的版圖形狀的面積、周長和頂點計數(shù)中的一個或多個。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述步驟f)包括如下步 驟測量從所述柵極結(jié)構(gòu)到應(yīng)用于所述晶體管器件的 一 個或多個應(yīng) 力襯墊薄膜之間界面的距離，所述實例參數(shù)包括所述測量的距離。
35. —種用于考慮施加于晶體管器件(200)的襯墊薄膜應(yīng)力效 應(yīng)來優(yōu)化晶體管性能的系統(tǒng)，所述晶體管器件具有 一個或多個襯墊 薄膜(260)，所述系統(tǒng)包括用于處理包括所述晶體管器件的電路版圖(310 )的表示的裝置， 所述電路版圖的表示包括對應(yīng)于所述晶體管器件的物理晶體管設(shè)計 數(shù)據(jù)的格式化表示，所述處理裝置還生成包括非特定特征形狀信息 的依賴于版圖的信息(320 )，所述依賴于版圖的信息還包括應(yīng)力參 數(shù)信息(343 );緊湊模型工具，用于對包括所述晶體管器件的電路的性能進行 建模(345 )，所述工具接收所述依賴于版圖的信息(346 )、所述 非特定特征形狀信息和應(yīng)力參數(shù)信息，以及計算由所述一個或多個 襯墊薄膜貢獻的所述晶體管器件所觀察到的應(yīng)力水平；用于確定是否滿足所述電路的性能目標(biāo)的裝置，如果沒有滿足 所述電路的性能目標(biāo)，則該裝置修改所述電路版圖，以及生成另外 的電路版圖表示以便輸入到所述處理裝置，用于生成另外的將被所 述緊湊模型工具處理的依賴于版圖的信息，由此修改所述電路版圖 直到達到所述電路的性能目標(biāo)(350)。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述緊湊模型工具還包 括用于基于所述計算的應(yīng)力水平調(diào)整緊湊模型參數(shù)的裝置，所述緊 湊模型參數(shù)用于在對包括在所述電路中的所述晶體管器件進行建模 時量化應(yīng)力效應(yīng)的影響。
37. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述緊湊模型工具還包 括用于提取所述晶體管器件的依賴于版圖的特征的裝置，所述依 賴于版圖的特征被用來生成實際特征形狀尺寸。
38. —種用于對半導(dǎo)體晶體管器件(200)進行建模的系統(tǒng)，該 器件具有一個或多個提供晶體管應(yīng)力效應(yīng)的襯墊薄膜(260)，所述 系統(tǒng)包括用于處理對應(yīng)于所述晶體管器件的物理晶體管設(shè)計數(shù)據(jù)的格式 化表示(310)以及生成包括非特定特征形狀信息的依賴于版圖的信 息的裝置；緊湊模型裝置，用于對包括所述半導(dǎo)體晶體管器件的電路的性 能進行建模；用于接收所述包括非特定特征形狀信息的依賴于版圖的信,氛、 (330 )以及獨立地計算晶體管器件應(yīng)力水平(343 )的裝置，所述 裝置還基于所述計算的應(yīng)力水平生成對應(yīng)的緊湊模型參數(shù)；電路仿真器(345 )，利用所述緊湊模型裝置(346 )和基于所 述計算的應(yīng)力水平的其他緊湊模型參數(shù)以用于在對所述電路性能進 行建模時量化應(yīng)力效應(yīng)的影響。
全文摘要
用于緊湊模型算法(310-350)的系統(tǒng)和方法，其準(zhǔn)確地考慮半導(dǎo)體器件(200)中氮化物襯墊(260)應(yīng)力所引起的版圖相關(guān)的變化的影響。與版圖相關(guān)的緊湊模型算法(310-350)通過實現(xiàn)用于獲得正確的應(yīng)力響應(yīng)近似的算法以及用于獲得正確的驅(qū)動應(yīng)力響應(yīng)的幾何參數(shù)的版圖提取算法，來考慮大的版圖變動對電路的影響。具體地，這些算法包括來自面向方向的搜索“桶”的特定信息，并且包括特定方向的距離測量以用于詳細(xì)分析該半導(dǎo)體器件的附近區(qū)域的特定形狀。所述算法還適合于支持具有單個應(yīng)力襯墊薄膜和雙應(yīng)力襯墊(260)(在一個界面處鄰接的兩個不同襯墊薄膜)的器件的建模和應(yīng)力影響確定。
文檔編號G06F7/48GK101427214SQ200680027690
公開日2009年5月6日 申請日期2006年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日
發(fā)明者D·L·喬丹, D·M·翁桑戈, D·奇達姆巴拉奧, J·H·麥卡倫, R·Q·威廉斯, T·瓦格納 申請人:國際商業(yè)機器公司