[发明专利]一种金属栅功函数变化导致栅电容统计分布的估计方法

说明书

本发明涉及金属栅电容统计分布的估计方法。一种金属栅功函数变化导致栅电容统计分布的估计方法，包括如下步骤：通过HSPICE软件，设定相关的变异参数，确定绝对标准偏差的大小，并进行10000次的蒙特卡罗仿真。提取MOSFET器件的栅电容参数C。将数据读取到MATLAB中并应用其统计工具箱，进行概率密度函数和累积概率函数拟合并表征；用假设检验判断统计的正确性。本发明利用密度函数、累计概率函数拟合并表征，使用假设检验判断，能在CMOS器件和电路设计早期，快速精确地预测由于MG‑WFV效应导致实际纳米器件和电路的制造性能变化的统计分布，以减少实际制造集成电路芯片性能的盲目性。

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，具体涉及栅电容统计分布的估计方法。

背景技术

随着平面CMOS集成电路技术节点进入亚32nm尺度，集成器件和集成电路芯片的制造总共涉及几千个不同的工艺步骤。这些步骤，通过氧化、光刻、沉积等技术手段的物理、化学过程将MOSFET器件集成在半导体硅片上。但是，该过程实现的工艺步骤中并不能做到对硅片内部的微小粒子进行非常精确地控制，结果是引起MOSFET器件的工艺参数发生波动，这些现象严重影响MOSFET器件和电路性能，导致实际制造的集成芯片(IC)性能严重退化和成品率损失。

引起这些现象的波动源主要包括：金属栅功函数随机变化(MG-WFV)、随机离散掺杂(RDD)、线边缘粗糙(LER)等。目前，MG-WFV已经成为影响器件和电路性能不确定性的一个重要因数。这是因为：金属栅极是由大小随机差异的几个数纳米直径大小且取向不同的晶粒通过原子层沉积(ALD)过程完成，因为不同取向的晶粒具有不同的金属-半导体功函数差(Фms),导致该功函数在不同的MOSFET之间发生随机变化。以TiN金属栅为例，它具有4.4电子伏特(111)和4.6电子伏特(100)两种不同的功函数差，其出现的概率分别为40％和60％。显然，作为阈值电压组成的一部分，这将引起阈值电压的随机变化。但是，尽管目前工作原理尚不明确，MG-WFV也同样会导致栅电容(Cgg)发生随机变化现象。而这种现象，目前主要是通过采用大量样本数据得到的柱状图进行分析判断。这种方法受人为因素影响较大比较，对于大样本数据采集耗时，不易且会存在一定人为统计误差。再者统计作图预测方法传统，精确度较低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种金属栅功函数变化导致栅电容统计分布的估计方法，解决以上技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种金属栅功函数变化导致栅电容统计分布的估计方法，其特征在于，通过HSPICE软件，设定纳米尺度的MOSFET器件的模型参数与功函数差直接相关的一个变异参数；确定晶粒面积比值,并确定一个绝对标准偏差，进行多次蒙特卡罗仿真；

通过“LX18”函数，提取MOSFET器件内部参数栅电容Cgg，描述该性能参数及其变化特性；

在MATLAB软件中安装HSPICE Toolbox工具箱，将蒙特卡罗仿真产生的大量样本数据读取到MATLAB软件的相应变量中；

将MOSFET器件性能参数及其变化数据信息，应用HSPICE Toolbox工具箱，进行Burr分布的概率密度函数(PDF)和累积概率函数(CDF)拟合并表征。

本发明提供了金属栅功函数变化导致栅电容(C_gg)统计分布的快速、精确的估计方法，这种方法可以替代现仅依赖样本数据判断其性能变化的不足，且用统计学的理论来检验得到的统计分布是否可靠，构成了一个完成的性能估计体系。

本发明所使用的HSPICE软件、MATLAB软件都是现有的，本专利的创新点在于：

1.创造性的将HSPICE软件、MATLAB软件应用到金属栅功函数变化导致栅电容变化的统计分析上，可替代人工分析；