一种通用的金属互联层电容SPICE预测模型的构建方法

摘要

本发明涉及半导体良率提升领域，尤其涉及一种MOSFET金属互联层电容SPICE预测模型的构建方法，利用TCAD提取金属互联层电容的通用模拟电路仿真器模型SPICE所需原始数据，生成电容关于尺寸的拟合线；再根据金属层数、金属互联层电容与长度长条数的乘积的比值的线性关系以及现有数据样本，生成电容关于层数、金属互联层电容与长度长条数的方程式，提供了统一的金属互联层电容模型，解决了小尺寸的MOM电容实测数据缺乏导致的SPICE建模困难的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体良率提升领域，尤其涉及一种MOSFET金属互联层电容SPICE预测模型的构建方法。

背景技术

现在对金属互联层电容的SPICE(SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis通用模拟电路仿真器，简称SPICE)建模通常是使用Excel表格完成。金属互联层电容包含了电压效应，即当电压变化时电容也随着变化。同时金属互联层电容还包含着尺寸效应，即随着金属互联层单元数目的扩大，其电容随之增大。利用实测金属互联层电容的数据可以使用Excel表格的趋势线得到金属互联层电容与电压及单元数目的函数关系表达式，假设这两种效应是互相独立的，则金属互联层电容对单元数目及电压的依赖函数也是互相独立的，可以分别通过实测数据提取。

金属互联层电容对于其单元数目的函数关系是线性的，其函数表达式是一条过原点的直线。但受限于实测数据无法测出面积特别小的金属互联层电容，故在电路设计的某些特殊应用中将会导致实测数据缺失的困境。同时现有的金属互联层电容的SPICE预测模型的不同金属层电容的方程式也不统一，模型效率较低。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种通用的MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor金氧半场效晶体管，简称MOSFET)金属互联层电容SPICE预测模型的构建方法，其特征在于，所述方法包括：

利用TCAD(TechnologyComputerAidedDesign半导体工艺模拟以及器件模拟工具，简称TCAD)提取建立金属互联层电容的通用模拟电路仿真器模型的SPICE所需原始数据，生成电容关于尺寸的拟合线；

根据金属层数、金属互联层电容与长度长条数的乘积的比值的线性关系以及现有数据样本，生成电容关于层数、金属互联层电容与长度长条数的方程式。

上述的方法，其中，在利用TCAD提取金属互联层电容的通用模拟电路仿真器模型SPICE所需原始数据时，所述方法还包括：

利用TCAD软件，Synopsys的Sentaurus模块SDE进行了后端金属互联层金属互联层的结构生成；以及

利用Synopsys的后端电势电容提取工具Raphael进行金属互联层结构的电容提取；以及

针对不同尺寸的金属互联层的电容产生相应的结构并提取出相应的电容。

上述的方法，其中，所述拟合线为直线，其中金属互联层电容与L和NF的乘积的关系是线性关系，即C＝kx，C代表金属互联层电容，x代表L和NF的乘积，k则为无量纲系数。

上述的方法，其中，所述拟合线可以添加电压效应系数以及局部适配的系数以子电路的形式作为SPICE模型。

上述的方法，其中，所述方程式的线性拟合方程为C＝[P(b-a)+M]*L*NF，P和M是无量纲的系数。若所用金属互联层类型为MOM_ab，a和b分别代表底层金属和顶层金属，(b-a)代表金属层数，金属层交叠区长度为L，交叠区长条数为NF。

上述的方法，其中，所述无量纲系数P、M随工艺环境、机台环境的变化而变化。

有益效果：本发明可以将缺失的小尺寸金属互联层电容通过TCAD模拟出来，使得技术人员可以顺利地做出金属互联层电容的SPICE预测模型，来解决一些电路设计中可能的特殊情况下的应用；同时提供了统一的金属互联层电容模型，以解决原先金属互联层电容模型不统一，不同金属层金属互联层电容使用模型方程不同的问题。

附图说明

图1为本发明通用的MOSFET金属互联层电容SPICE预测模型的构建方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的金属1层与金属3层之间的MOM13电容的TCAD仿真数据的趋势拟合线；

图3为本发明实施例的金属1层与金属4层之间的MOM14电容的TCAD仿真数据的趋势拟合线；

图4为本发明实施例的金属1层与金属6层之间的MOM16电容的TCAD仿真数据的趋势拟合线；

图5为本发明实施例的各个金属层之间的MOM电容的TCAD仿真数据汇总表；

图6为本发明实施例的金属层数与MOM电容与长度长条数的乘积的比值的线性关系。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1所示，本发明提出了一种通用的MOSFET金属互联层电容SPICE预测模型的构建方法，其特征在于，所述方法包括：

利用TCAD提取建立金属互联层电容的通用模拟电路仿真器模型的SPICE所需原始数据，生成电容关于尺寸的拟合线；

根据金属层数、金属互联层电容与长度长条数的乘积的比值的线性关系以及现有数据样本，生成电容关于层数、金属互联层电容与长度长条数的方程式。

上述的方法，其中，在利用TCAD提取金属互联层电容的通用模拟电路仿真器模型SPICE所需原始数据时，所述方法还包括：

利用TCAD软件，Synopsys的Sentaurus模块SDE进行了后端金属互联层金属互联层的结构生成；

利用Synopsys的后端电势电容提取工具Raphael进行金属互联层结构的电容提取；以及

针对不同尺寸的金属互联层的电容产生相应的结构并提取出相应的电容。

上述的方法，其中，所述拟合线为直线，其中金属互联层电容与L和NF的乘积的关系是线性关系，即C＝kx，C代表金属互联层电容，x代表L和NF的乘积，k则为无量纲系数。

上述的方法，其中，所述拟合线可以添加电压效应系数以及局部适配的系数以子电路的形式作为SPICE模型。

上述的方法，其中，所述方程式的线性拟合方程为C＝[P(b-a)+M]*L*NF，P和M是无量纲的系数。若所用金属互联层类型为MOM_ab，a和b分别代表底层金属和顶层金属，(b-a)代表金属层数，金属层交叠区长度为L，交叠区长条数为NF。

上述的方法，其中，其特征在于，所述无量纲系数P、M随工艺环境、机台环境的变化而变化。

一个优选的实施例，其中金属1层与金属6层之间的MOM16电容的参数有：其交叠区长度L，它的条形区域的数目NF，两者相乘就是它的尺寸，尺寸越大，MOM16的电容越大。MOM16的电容与尺寸的关系是线性关系，其函数表达式是一个直线方程。我们利用TCAD提取出的MOM16的电容数据，在Excel表格中为其添加趋势线，得到的是一个直线方程。不同的金属互联层的电容的直线方程的斜率不一样。

如图2所示，一个优选的实施例，其中金属1层与金属3层之间的MOM13电容的TCAD仿真数据的趋势拟合线为y＝0.2689x。

如图3所示，一个优选的实施例，其中金属1层与金属4层之间的MOM14电容的TCAD仿真数据的趋势拟合线为y＝0.3884x。

如图4所示，一个优选的实施例，其中金属1层与金属6层之间的MOM16电容的TCAD仿真数据的趋势拟合线为y＝0.5957x。

如图5所示，一个优选的实施例，为各个金属层之间的MOM电容的TCAD仿真数据汇总表，为模型的构建提供了所需数据。

如图6所示，一个优选的实施例，其中金属层数与MOM电容与长度长条数的乘积的比值有线性关系，根据现有的数据样本，其线性拟合方程为y＝0.1004x+0.0705，其中y代表MOM电容与长度长条数目乘积的比值，x代表金属层数。进一步具体方程式为，C/(L*NF)＝0.1004x+0.0705，C＝(0.1004x+0.0705)*L*NF，当MOM类型为MOM16时，C＝(0.502+0.0705)*L*NF。需要说明的是，方程的系数在其他的实施例中可能不同，但方程式必定相同。

综上所述，本发明涉及一种MOSFET金属互联层电容SPICE预测模型的构建方法，利用TCAD提取金属互联层电容的通用模拟电路仿真器模型SPICE所需原始数据，生成电容关于尺寸的拟合线；再根据金属层数、金属互联层电容与长度长条数的乘积的比值的线性关系以及现有数据样本，生成电容关于层数、金属互联层电容与长度长条数的方程式，提供了统一的金属互联层电容模型，解决了小尺寸的MOM电容实测数据缺乏导致的SPICE建模困难的问题。

通过说明和附图，给出了具体实施方式详细描述，对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。