(57)【要約】  集積回路レイアウトにおいて、レイアウトによって誘起される閾値電圧の変動を自動的に推定する方法。前記方法は、解析のために前記レイアウト内の拡散領域を選択する工程で始まる。続いて、システムが、選択された領域のＳｉ／ＳＴＩエッジと、チャネル領域と、前記チャネル領域に結合するゲート／Ｓｉエッジを特定する。次に、特定されたチャネル領域夫々における閾値電圧の変動を特定する。この工程には、縦方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、横方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、縦方向と横方向の変動を組み合わせて全体の変動を計算する工程が必要である。最後に、個々のチャネルにおける変動を組み合わせることにより変動の合計が決定される。
2010529648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路レイアウトにおいて、レイアウトによって誘起される閾値電圧変動を自動的に推定する方法であって、
解析のために前記レイアウト内の拡散領域を選択する工程と、
選択された領域のＳｉ／ＳＴＩエッジを特定する工程と、
チャネル領域と前記チャネル領域に結合するゲート／Ｓｉエッジを特定する工程と、
特定された前記チャネル領域夫々の閾値電圧変動を決定する工程と、
個々のチャネルにおける変動を組み合わせることにより変動の合計を決定する工程と、を備え、
前記閾値電圧変動を決定する工程が、
縦方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
横方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
縦方向と横方向の前記変動を組み合わせて全体の変動を計算する工程と、を含むことを特徴とする推定方法。
【請求項２】
前記閾値電圧変動を計算する工程において、前記閾値電圧変動の最大値と減衰関数を乗算することを特徴とする請求項１に記載の推定方法。
【請求項３】
αｉ、βｉ、εｉがプロセス及び材料に関係する因子であり、ｒがＸ方向或いはＹ方向の距離である場合に、前記減衰関数が、
λｉ（ｒ）＝１／（（ｘｉ／α）βｉ＋εｉ）
で表されることを特徴とする請求項２に記載の推定方法。
【請求項４】
前記減衰関数が相補誤差関数ｅｒｆｃであることを特徴とする請求項２に記載の推定方法。
【請求項５】
前記減衰関数が誤差関数ｅｒｆであることを特徴とする請求項２に記載の推定方法。
【請求項６】
αｉ、βｉ、εｉがプロセス及び材料に関係する因子である場合に、縦方向の効果による閾値電圧変動が、減衰関数
λｉ（ｘ）＝１／（（ｘｉ／α）βｉ＋εｉ）
に従って計算され、
横方向の効果による閾値電圧変動が、相補誤差関数ｅｒｆｃに従って計算されることを特徴とする請求項２に記載の推定方法。
【請求項７】
集積回路レイアウトにおいて、レイアウトによって誘起される閾値電圧変動を自動的に推定するシステムであって、
処理装置、表示手段、データ記憶手段を備えるディジタルコンピュータと、
前記データ記憶手段に記憶されるコンピュータプログラムと、を備え、
前記コンピュータプログラムが、
解析のために前記レイアウト内の拡散領域を選択する工程と、
選択された領域のＳｉ／ＳＴＩエッジを特定する工程と、
チャネル領域と前記チャネル領域に結合するゲート／Ｓｉエッジを特定する工程と、
特定された前記チャネル領域夫々の閾値電圧変動を決定する工程と、
個々のチャネルにおける変動を組み合わせることにより変動の合計を決定する工程と、を実行するように構成されており、
前記閾値電圧変動を決定する工程が、
縦方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
横方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
縦方向と横方向の前記変動を組み合わせて全体の変動を計算する工程と、を含むことを特徴とするシステム。
【請求項８】
前記閾値電圧変動を計算する工程において、前記閾値電圧変動の最大値と減衰関数を乗算することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
αｉ、βｉ、εｉがプロセス及び材料に関係する因子である場合に、前記減衰関数が、
λｉ（ｒ）＝１／（（ｘｉ／α）βｉ＋εｉ）
で表されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記減衰関数が相補誤差関数ｅｒｆｃであることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記減衰関数が誤差関数ｅｒｆであることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
αｉ、βｉ、εｉがプロセス及び材料に関係する因子である場合に、縦方向の効果による閾値電圧変動が、減衰関数
λｉ（ｒ）＝１／（（ｘｉ／α）βｉ＋εｉ）
に従って計算され、
横方向の効果による閾値電圧変動が、相補誤差関数ｅｒｆｃに従って計算されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
集積回路レイアウトにおいて、レイアウトによって誘起される閾値電圧変動を自動的に推定するシステムであって、
データ記憶手段に記憶されるコンピュータプログラム手段を備え、
前記コンピュータプログラム手段が、
解析のために前記レイアウト内の拡散領域を選択する工程と、
選択された領域のＳｉ／ＳＴＩエッジを特定する工程と、
チャネル領域と前記チャネル領域に結合するゲート／Ｓｉエッジを特定する工程と、
特定された前記チャネル領域夫々の閾値電圧変動を決定する工程と、
個々のチャネルにおける変動を組み合わせることにより変動の合計を決定する工程と、を実行するための手段であり、
前記閾値電圧変動を決定する工程が、
縦方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
横方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
縦方向と横方向の前記変動を組み合わせて全体の変動を計算する工程と、を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１４】
前記閾値電圧変動を計算する工程において、前記閾値電圧変動の最大値と減衰関数を乗算することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
αｉ、βｉ、εｉがプロセス及び材料に関係する因子であり、ｒがＸ方向或いはＹ方向の距離である場合に、前記減衰関数が、
λｉ（ｒ）＝１／（（ｘｉ／α）βｉ＋εｉ）
で表されることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記減衰関数が相補誤差関数ｅｒｆｃであることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記減衰関数が誤差関数ｅｒｆであることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１８】
αｉ、βｉ、εｉがプロセス及び材料に関係する因子である場合に、縦方向の効果による閾値電圧変動が、減衰関数
λｉ（ｘ）＝１／（（ｘｉ／α）βｉ＋εｉ）
に従って計算され、
横方向の効果による閾値電圧変動が、相補誤差関数ｅｒｆｃに従って計算されることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路装置、特に、トランジスタアレイにおけるレイアウト感度の推定に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン、ゲルマニウム等の半導体材料が圧電効果（機械的応力によって誘発される電気抵抗の変化）を示すことは以前より知られている。例えば、参照することによって本願に援用される、Ｃ．Ｓ．Ｓｍｉｔｈ、“Ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  ａｎｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ”、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．、ｖｏｌ．９４、ｐｐ．４２−４９（１９５４年）を参照のこと。トランジスタアレイにおいて、応力を変化させることによりキャリア移動度を変化させることが可能であるが、それによりアレイのトランジスタにおいて閾値電圧が変動することが分かっている。当該問題、及び、その解決方法は、本願と同一の譲受人に譲渡される、“Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｔｒｅｓｓ  Ｉｍｐａｃｔ  ｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ”と題する米国特許出願１１／２９１，２９４に詳しく述べられている。
【０００３】
しかしながら、更なる研究により、電子とホールの流動性に影響を与える応力以外に、レイアウトも閾値電圧に影響することが分かっており、このことは何か他の要因が働いていることを示唆している。観察される変動は到底無視できるレベルではなく、変動幅が２０ｍＶを上回ることも珍しくない。上記特許文献は、当該問題の潜在的原因については示唆しておらず、解決方法も提示していない。そこで、本願の発明者は、このような変動の原因の発見、及び、その解決方法を考案することとなった。以下でその全てを説明する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様は、集積回路レイアウトにおいて、レイアウトによって誘起される閾値電圧の変動を自動的に推定する方法である。前記方法は、解析のためにレイアウト内の拡散領域を選択する工程で始まる。続いて、システムが、選択された領域上のＳｉ／ＳＴＩエッジと、チャネル領域と、前記チャネル領域に結合するゲート／Ｓｉエッジを特定する。次に、特定されたチャネル領域夫々における閾値電圧の変動を特定する。これには、縦方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、横方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、縦方向と横方向の変動を組み合わせて全体の変動を計算する工程が必要である。最後に、個々のチャネルにおける変動を組み合わせることにより変動の合計が決定される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１ａ】本発明に従って構成された単一のトランジスタの一実施形態を示す図。
【図１ｂ】本発明に従って構成されたトランジスタアレイの一実施形態を示す図。
【図１ｃ】チャネルからＳＴＩ界面まで（分離されたトランジスタの場合）、或いは、隣接するトランジスタまで（ゲートがネスティングされている場合）の距離の関数として、閾値電圧とドレイン電流を示したグラフ。
【図１ｄ】チャネルにドーパント注入及びアニール処理を行った後の格子間原子の再結合を示す図。
【図２】トランジスタアレイにおける各トランジスタの閾値電圧変動値を計算する方法全体を説明したフローチャート。
【図３】各エッジを特定し、ＴＥＤ効果を解析した拡散領域を示す図。
【図４】Ｘ方向の閾値電圧の変動を計算する工程を示す図。
【図５】Ｙ方向の閾値電圧の変動を計算する工程を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、図面に基づいて詳細な説明を行う。好ましい実施形態は、本発明を説明するために記述されるのであり、請求項によって定義される本発明の範囲を限定するために記述されるのではない。当業者には、以下の記述に関して様々な同等の変形例が認識される。
【０００７】
本発明は、まず初めに、図１ａに示されるＭＯＳトランジスタ１０を考慮することにより理解される。図１ａは、平面図（上部分）、及び、線Ａ−Ａに沿った断面図（下部分）を示している。ここで、拡散領域１２は、拡散領域に形成されたソース領域１６とドレイン領域１８を備え、これらの領域の間隙の上にはゲート１４が重なっている。ゲート１４の下の領域は、チャネル２０である。ゲート１４の両側にはスペーサ２２がある（平面図では図示せず）。これらの構成要素とＭＯＳ素子全体に関する材料及び製造技術は当該技術分野において公知であり、したがってここでは詳細には述べない。アレイは部分空乏型シリコン・オン・インシュレータ（ＰＤＳＯＩ  ＭＯＳＦＥＴ）基板に形成されると予想されるが、本出願の教示はバルク構造にも同様に適用することができる。各図面はバルクＭＯＳＦＥＴ素子を示している。更に、ＭＯＳＦＥＴチャネルにドープしてＭＯＳＦＥＴのオン・オフを決定する閾値電圧の調節を行うことも当該技術分野では公知である。典型的なＭＯＳＦＥＴ素子のチャネルに注入されるドーパントには、ボロン等の種がある。図１ａに示されている実施形態は、一般的に使用されているイオン注入法を用いた場合を示している。拡散領域の結晶格子中の結果として得られるＢ原子の濃度は、濃度プロットによって表される。この濃度プロットは、内側の高濃度区域と外側の最小濃度パターンを示している。一般に知られているように、ドーパントの濃度は、通常はチャネルの中に突出しているチャネル表面付近の高濃度区域２３から、選択された最小濃度レベル２４にかけて減少する。濃度レベル２３及び２４は、チャネル内のドーパント濃度が等しい地点を結んだ線であり、規則的で滑らかな曲線を描く最大濃度領域から、不規則な形の最小濃度プロット２４までをグレーディングしている。図示されていないが、当業者には、濃度が線２３の最大値から線２４の最小値までグレーディングされていると理解される。後述のトランジスタアレイは、複数の個々のトランジスタからなり、構成は上に述べた通りである。以下に述べる議論の焦点を明確化するため、及び、明瞭化のためにここでは関連する詳細事項は省略する。
【０００８】
図１ｂは、３つのトランジスタ１１０、１１２、１１４から成るアレイ１００を示している。上述の通り、このアレイは平面図及び断面図で示されており、各トランジスタは、上記の説明の通りに構成されている。一般に見られるように、トランジスタアレイは、比較的大きな拡散領域１０２が複数形成されているチップ上に形成されている。これらの領域には、イオン注入法等の従来のプロセスによって適切なドーパントが注入され、ソース領域１０４及びドレイン領域１０６が夫々形成されている。最後に、ゲート材料１０８が細長く上に重なっている。各トランジスタは、クロスカップリングを避けるため、シャロー・トレンチ・アイソレーション（ＳＴＩ）領域１２２等の酸化物絶縁体材料から成る領域によって分離されている。その名称が示すように、ＳＴＩには適切な絶縁体ならば何でも用いることができるが、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）が望ましい。トランジスタレイアウトの性質によって、個々のトランジスタは、一部はトランジスタ１１４のように個々に分離され、残りはトランジスタ１１０及び１１２のように２以上のトランジスタのグループにネスティングされる（組み入れられる）。
【０００９】
驚くべきことに、応力によって誘発される閾値電圧の変動を除いた後でさえ、トランジスタアレイ内には大量の変動が残存することが判明した。図１ｂに反映されているように、典型的なアレイで測定したところ、３３４ｍＶから３５６ｍＶのＶｔ変動が、２２ｍＶの変動幅で観察された。初期の調査では、この変動の原因について直ちに解明はされなかったが、変動が主にトランジスタ１１４等の個々の分離したトランジスタと、トランジスタ１１０及び１１２等のネスティングされたグループのトランジスタとの間で生じていることが分かった。
【００１０】
トランジスタ１１０及び１１２の各チャネルのある１点と、トランジスタ１１４の同様の点との違いは、当該点から周囲を囲む２つのＳＴＩ壁までの距離である。更に調査を行った結果、図２に示されるデータが得られた。図１ｃでは、チャネルから周囲を囲むＳＴＩ壁まで（トランジスタ１１４のような分離したＭＯＳＦＥＴの場合）、及び、チャネルから隣接するＭＯＳＦＥＴまで（トランジスタ１１０及び１１２のようなネスティングされた素子の場合）の距離（ｎｍ）の関数として、Ｖｔ及びＩｄを示している。図示されているように、現在の製造技術における１００〜２００ｎｍという距離ではかなりの変動があるが、距離が増えるに従って当該変動は着実に減少し、距離が約５００ｎｍになると無視できるレベルとなる。
【００１１】
格子レベルで起こっていることに対する手掛かりは、図１ｂを再び参照することによって得られる。図１ｂの下部分には、チャネルに注入されたドーパントの濃度のプロット１１０ａ、１１２ａ、１１４ａが示されている。上述したように、閾値電圧を調節するために、ボロン等のドーパントをチャネル１２８に注入する。この作業は一般的にイオン注入法によって行われる。トランジスタ１１０、１１２、１１４に対する注入は完全に同じように行われるが、図１ｂにおいて興味深い結果が観察される。すなわち、プロファイルの形状によって示されているように、ドーパント濃度が近い方のＳＴＩ壁に向かって歪んでいるのである。プロファイル１１０ａではドーパント濃度が図面の左に向かって傾いており、プロファイル１１２ａではドーパント濃度が反対の右側に傾いている。これとは対照的に、分離したトランジスタ１１４は対称的な濃度パターン１１４ａを示しており、どちらの方向にも傾いていない。
【００１２】
こうした結果を基に、当該問題は結晶格子における損傷領域からの格子間原子の再結合に関係していると仮定できる。図１ｄに示すように、また、上述したように、ドーパント（ボロン、リン、ヒ素等）を通常は原子注入によってソース領域とドレイン領域に注入し、当該領域に導電性の高い層を生成する。注入工程では、対象となる結晶格子に損傷領域１３０が形成される。損傷領域１３０では、新たに注入された原子によって結晶格子サイトを先に占めていた原子（通常はＳｉ原子）が置換される。もちろん、置換された原子は各格子サイト間の格子間原子として格子内に残存する。更に、この置換された格子間原子は、拡散工程を経て、結晶構造とＳＴＩ１２２の界面、或いは、シリコンチャネルとゲートスタック１２３の界面等の結晶構造の表面に向かって移動する傾向があり、チャネル表面において、表面領域を特徴付ける自由Ｓｉ格子サイトに再結合することが知られている。この現象は、熱アニール処理中に上昇した温度条件下で生じる。図３の拡散経路は矢印１３２で示されている。図から分かるように、個々の原子が表面に到達し、そこで再結合するために移動しなければならない距離は夫々異なる。これにより、表面に近い原子は早く再結合することができるということになる。格子間原子の移動は、ボロン、リン、ヒ素等のドーパントの拡散性を推進する副作用があり、この現象は、過渡的増速拡散（ＴＥＤ：Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）として知られている。チャネルでドーパントが受けるＴＥＤの量によって、チャネル表面付近のドーパント濃度が決定され、それにより閾値電圧も決定される。したがって、異なるシリコン表面での格子間原子の再結合は、隣接するＭＯＳＦＥＴの閾値電圧に影響を与える。
【００１３】
再び図１ｂに戻ると、トランジスタ１１４のチャネルにおける格子間イオンの再結合パターンは、ＳＴＩ壁までの距離が当該トランジスタの左右で同じである時には、左右対称となることが予想される。一方、トランジスタ１１０と１１２は、この発見を適用すると、ＳＴＩ壁に向かって歪んだ濃度パターンとなると予想され、実際、結果もまさにその通りとなった。
【００１４】
本願の２人の発明者による、本願の譲受人によって所有される、“Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ  Ｌａｙｏｕｔ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  Ｖｏｌｔａｇｅ  ｉｎ  ａ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ａｒｒａｙ”と題する米国特許出願１１／２９１，２９４は、閾値電圧の変動をＴＥＤにより平滑化する方法を教示、及び、請求している。
【００１５】
以下に述べる定義が成り立つならば、本願明細書の記述に役立つ。図１に示されるように、本願明細書で使用されている、トランジスタの「縦」方向とは、トランジスタがオンの時に、ソースからドレインへ流れる電流の方向である。一方、「横」方向とは、縦方向に対して垂直な方向であり、電流の流れる方向に対して垂直な方向である。トランジスタの縦方向及び横方向はどちらも、「水平」方向であると考えられ、表面に対して平行な方向を意味する。他の「水平」方向には、表面に対して平行であるが、横方向及び縦方向の両方に対して角度をなして交差している方向（図示せず）が含まれる。「垂直」方向とはチャネルの表面に対して垂直な方向であり、したがって、考えられる全ての水平方向に対して垂直である。レイアウト内の構造の「長さ」とは、縦方向の長さであり、「幅」は横方向の幅を指す。論理回路で用いられるトランジスタの典型であるトランジスタ１１４のレイアウトから分かるように、チャネル１２８の長さは、その幅よりもかなり短い。また、図１では、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標軸が示されている。図１のレイアウトでは、Ｘ方向が縦方向に、Ｙ方向が横方向に、Ｚ方向が縦方向及び横方向に垂直な方向に相当する。尚、Ｚ方向は集積回路チップの深さを表している。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態の全体のフローチャートを示している。本願の全てのフローチャートと同様に、多くのステップは、それらを組み合わせて実行する、或いは、平行して実行する、或いは、異なる順序で実行する等しても、実現される機能には影響しない。幾つかの場合には、ステップを並べ替えても、特定の他の変更が同様に行われる限り、同じ結果が得られる。また、他の場合には、ステップを並べ替えても、特定の条件が満たされる限り、同じ結果が得られる。
【００１７】
図２の実施形態は、本願の譲受人が市販するＳＥＩＳＭＯＳ等の集積回路自動設計システムの一部として動作する。他の実施形態は、単独で動作するように、或いは、異なる設計環境において動作するモジュールとして構成することが可能である。全ての実施例において、本発明のシステムの動作原則は同じである。
【００１８】
図２に示すように、本システムは、レイアウトで選択されたトランジスタについてループ処理を行うステップ２１０から始まる。本発明の特徴を用いれば閾値電圧の変動値を高速かつ正確に決定できるため、集積回路チップ上の全てのトランジスタに関して閾値電圧の変動を決定することが可能である。もしくは、複数のクリティカル・パスの内、１つのパス上にあるトランジスタといった、特定の重要なトランジスタのみをユーザが選択するという構成にしてもよい。本発明の各実施形態は、従来の方法では非実用的又は不可能であった、１２以上のトランジスタ、３以上の拡散領域を備えるレイアウト領域に対する合理的で正確な解析を行うことが可能である。説明のために、ステップ２１０で選択される第１のトランジスタは、トランジスタ１１２とする（図１）。
【００１９】
ステップ２１２において、本システムは、選択トランジスタのチャネル領域を特定し、最初の計算を行う。一実施形態では、このタスクを容易に行うために、ＴＣＡＤレイアウト解析ソフトウェアを用いる。このステップを説明するには、図３が最も適している。図３では、拡散領域３１２と、２つのトランジスタ３１４及び３１６を定義する細長いゲート材料とが交差している。まずトランジスタ３１４について見ると、最初の疑問は、どのような物理的特徴がＴＥＤに対して効果を持つのかということである。明らかに、ＴＥＤ効果は、応力とは異なり、ＳＴＩを横切って伝播することはない。そのため、発明は、単一の拡散領域上のトランジスタに限られる。更に、計算は、Ｘ方向及びＹ方向の効果に限られる。ここでの軸は、図１ａ及び１ｂの平面図部分の軸であり、Ｘ方向を縦方向、Ｙ方向を横方向とする。上記より、ＴＥＤはＳｉ／ＳＴＩ界面とゲート領域によって影響を受けるということが分かる。したがって、Ｘ方向では、Ｘ軸と交差するエッジは、Ｓｉ／ＳＴＩ界面Ｘ１、Ｘ４、Ｘ７、及び、チャネルエッジＸ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５と特定できる。一方、Ｙ方向では、Ｓｉ／ＳＴＩエッジ（境界）のみがあり、この例ではＹ１〜Ｙ７である。また、この解析から、チャネル領域は、ゲートエッジＸ２〜Ｘ３とゲートエッジＸ５〜Ｘ６の間の領域と特定できる。各ゲート領域の中心からの距離は、更なる使用で決定される。チャネルの横中心線からのＸ方向の距離と、縦中心線からのＹ方向の距離が夫々測定される。
【００２０】
図２に示される実施形態では、１つの計算が、閾値電圧変動を十分正確に表すと考える。必要に応じて、チャネル領域内に複数の標本点が選択できる。標本点は、チャネル内を横方向に向かって延伸し、かつ、チャネルの縦方向の中央を通る線に沿って均一に存在する点を選択することが望ましい。概して、ここでの試みは、チャネル中の閾値電圧分布を推定することである。チャネルは通常縦方向には非常に短いため、チャネルの横方向の中心に位置する一本の水平方向に延伸する線上で全ての標本点を選択すれば通常は十分である。標本点が多ければ解析の精度が増し、少なければスピードが増すが、設計者はこの精度とスピードとの兼ね合いのとれた標本点をチャネル内に複数選択することになる。
【００２１】
ステップ２１４及び２１６において、Ｘ方向及びＹ方向の閾値電圧変動の概算が行われる。（ここで用いられる「概算」という語は、例外的に正確であることを含む。したがって、幾つかの例において、ステップ２１４及び２１６で行われる概算は正確である可能性がある。）これらの計算では、閾値電圧変動の最大値であるΔＶｔｍａｘ、Ｓｉ／ＳＴＩ界面で生成されるαＳＴＩ、σＳＴＩ、βＳＴＩ、Ｓｉ／ｐｏｌｙ界面で生成されるαｇａｔｅ、βｇａｔｅといったプロセスに依存するパラメータが必要となる。これらのパラメータは、当該分野において一般に利用可能なＴＣＡＤソフトウェアシステムを用いて算出、或いは、テスト構造を製造し、そのテスト構造から測定が可能であると当業者には理解される。何れにしても、所定のプロセスフローのために求められた一連のパラメータは、当該プロセスフローに基づいて製造された全てのレイアウトに対して有効である。
【００２２】
図４及び５に示す方法はどちらも同様に進められる。何れの例においても、当該方法により、関連する各エッジ、すなわち、検討対象の軸に直交する各エッジがＴＥＤにもたらす効果を算出する。所定のエッジによる効果は、拡散領域の各エッジによってもたらされる効果を算出することによって得られ、当該効果は、エッジ距離における減衰関数の演算を行うことにより求められる。各効果は合計され、パラメータΔＶｔｍａｘをその合計に乗じることにより、当該方向の効果によって生じた閾値電圧変動の合計が得られる。
【００２３】
これらの計算で用いられる減衰関数は、各実施形態によって、また、レイアウトの大きさによって異なっていても構わない。物理的な原理から正確な減衰関数を導くことは困難であるため、たいていの実施形態ではそれを概算するしかない。選択される関数は、大まかに言えば、近傍界においては強大であるが有限であり、遠方界においてはゼロに向かって漸近的に減少していき、近傍界と遠方界の中間においてはその中間の挙動を示すと思われる。好ましい実施形態では、以下の減衰関数をＸ方向に用いる。
［数１］
λｉ（ｘ）＝１／（（ｘｉ／α）βｉ＋εｉ）
【００２４】
数１において、αｉとβｉは、ハロー注入エネルギー、ソース／ドレイン注入によって生じる注入損傷の量、アニール処理の熱収支等の幾つかの要因によって決定される。αｉ、βｉ、εｉの値は、完全なＴＣＡＤシミュレーションを用いて概算するか、テスト構造の電気計測を用いて測定する。
【００２５】
別実施形態では、他のタイプの減衰関数による概算が用いられる。使用されるもう１つの関数のタイプは、誤差関数ｅｒｆｃ（ｒ）である。幾つかの実施形態において、減衰関数λｉ（ｒ）は必ずしも単調でなくてよい。ここで、ｒはＸ方向又はＹ方向の距離を示す。
【００２６】
数１の減衰関数は、Ｘ方向の閾値電圧変動を計算する際に最も良い結果を示し、一方、誤差関数ｅｒｆｃは、Ｙ方向のエッジに関して優れた結果を示すことが分かった。
【００２７】
図４は、Ｘ方向の効果による閾値電圧変動の計算を行うステップ２１４のプロセス４００を示している。図３に示すように、ゲート／ＳＴＩエッジ、及び、Ｓｉ／ＳＴＩエッジは何れもＸ軸に対して直交している。制御ブロック４１０では、これらのエッジの夫々についてループ処理を行い、閾値電圧変動に対して各エッジがもたらす効果を決定する。ブロック４１２では、数４を当該データに適用して計算し、ブロック４１４では、その結果を現時点の効果の合計に加算する。この効果の合計とは、各エッジからの効果の合計であり、パラメータΔＶｔｍａｘと乗算される。ループは、ブロック４１６でプロセスの終わりを検知するまで続けられる。
【００２８】
図５は、プロセス４００と同様に、Ｙ方向の閾値電圧変動の計算を行うステップ２１６（図２）のプロセスを示している。ここでは、Ｓｉ／ＳＴＩエッジのみがＹ軸に直交しており、最も良い結果は以下の式によって得られることが分かった。
［数２］
λｉ（ｙ）＝ｅｒｆｃ（ｙ／σ）
本実施形態では、相補誤差関数ｅｒｆｃを用いる。当業者には、相補でない形の誤差関数ｅｒｆもまた、同様の空間的挙動を示す他の数学関数と同様に用いることができると理解される。プロセス５００は、各エッジについてループ処理を行う制御ブロック５１０、当該エッジに関して先に集められたデータに誤差関数を適用するステップ５１２、その結果を現時点での閾値電圧変動の累積値に加算するステップ５１４からなる。このプロセスは、ステップ５１６において全てのエッジが処理されたと判定されるまで続けられる。
【００２９】
前述の本発明の好ましい実施形態は、説明及び記述のために提供されたものであり、包括的な開示、或いは、本発明をここに開示した形に厳密に限定することを意図していない。多くの変更及び改良が可能であることは、当業者にとって自明である。
【００３０】
各実施形態は、本発明の原理及びその実際の応用を最大限に説明するために選択され、記述された。それにより、当業者は、本発明が様々な実施形態をとり、意図する特定の用途に合わせて様々な変形が可能であると理解できる。本発明の範囲は以下の特許請求の範囲とそれに相当するものによって定義される。
【００３１】
本発明は上記で詳細に述べた好ましい実施形態及び実施例を参照することによって開示されるが、これらの例は本発明を限定するためではなく、説明するために示されていると理解される。当業者は、本発明の精神、及び、以下の特許請求の範囲を逸脱しない限り、変形及び組合せを容易に行うことができる。
【図１ａ】
2010529648.tif 000003
【図１ｂ】
2010529648.tif 000004
【図１ｃ】
2010529648.tif 000005
【図１ｄ】
2010529648.tif 000006
【図２】
2010529648.tif 000007
【図３】
2010529648.tif 000008
【図４】
2010529648.tif 000009
【図５】
2010529648.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月21日(2009.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路レイアウトにおいて、レイアウトによって誘起される閾値電圧変動を自動的に推定する方法であって、
解析のために前記レイアウト内の拡散領域を選択する工程と、
選択された領域のＳｉ／ＳＴＩエッジを特定する工程と、
チャネル領域と前記チャネル領域に結合するゲート／Ｓｉエッジを特定する工程と、
特定された前記チャネル領域夫々の閾値電圧変動を決定する工程と、
個々のチャネルにおける変動を組み合わせることにより変動の合計を決定する工程と、を備え、
前記閾値電圧変動を決定する工程が、
縦方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
横方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
縦方向と横方向の前記変動を組み合わせて全体の変動を計算する工程と、を含むことを特徴とする推定方法。
【請求項２】
前記閾値電圧変動を計算する工程において、前記閾値電圧変動の最大値と減衰関数を乗算することを特徴とする請求項１に記載の推定方法。
【請求項３】
αｉ、βｉ、εｉがプロセス及び材料に関係する因子であり、ｒがＸ方向或いはＹ方向の距離である場合に、前記減衰関数が、
λｉ（ｒ）＝１／（（ｒ／αｉ）βｉ＋εｉ）
で表されることを特徴とする請求項２に記載の推定方法。
【請求項４】
前記減衰関数が相補誤差関数ｅｒｆｃであることを特徴とする請求項２に記載の推定方法。
【請求項５】
前記減衰関数が誤差関数ｅｒｆであることを特徴とする請求項２に記載の推定方法。
【請求項６】
αｉ、βｉ、εｉがプロセス及び材料に関係する因子である場合に、縦方向の効果による閾値電圧変動が、減衰関数
λｉ（ｘ）＝１／（（ｘ／αｉ）βｉ＋εｉ）
に従って計算され、
横方向の効果による閾値電圧変動が、相補誤差関数ｅｒｆｃに従って計算されることを特徴とする請求項２に記載の推定方法。
【請求項７】
集積回路レイアウトにおいて、レイアウトによって誘起される閾値電圧変動を自動的に推定するシステムであって、
処理装置、表示手段、データ記憶手段を備えるディジタルコンピュータと、
前記データ記憶手段に記憶されるコンピュータプログラムと、を備え、
前記コンピュータプログラムが、
解析のために前記レイアウト内の拡散領域を選択する工程と、
選択された領域のＳｉ／ＳＴＩエッジを特定する工程と、
チャネル領域と前記チャネル領域に結合するゲート／Ｓｉエッジを特定する工程と、
特定された前記チャネル領域夫々の閾値電圧変動を決定する工程と、
個々のチャネルにおける変動を組み合わせることにより変動の合計を決定する工程と、を実行するように構成されており、
前記閾値電圧変動を決定する工程が、
縦方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
横方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
縦方向と横方向の前記変動を組み合わせて全体の変動を計算する工程と、を含むことを特徴とするシステム。
【請求項８】
前記閾値電圧変動を計算する工程において、前記閾値電圧変動の最大値と減衰関数を乗算することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
αｉ、βｉ、εｉがプロセス及び材料に関係する因子である場合に、前記減衰関数が、
λｉ（ｒ）＝１／（（ｒ／αｉ）βｉ＋εｉ）
で表されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記減衰関数が相補誤差関数ｅｒｆｃであることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記減衰関数が誤差関数ｅｒｆであることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
αｉ、βｉ、εｉがプロセス及び材料に関係する因子である場合に、縦方向の効果による閾値電圧変動が、減衰関数
λｉ（ｘ）＝１／（（ｘ／αｉ）βｉ＋εｉ）
に従って計算され、
横方向の効果による閾値電圧変動が、相補誤差関数ｅｒｆｃに従って計算されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
集積回路レイアウトにおいて、レイアウトによって誘起される閾値電圧変動を自動的に推定するシステムであって、
データ記憶手段に記憶されるコンピュータプログラム手段を備え、
前記コンピュータプログラム手段が、
解析のために前記レイアウト内の拡散領域を選択する工程と、
選択された領域のＳｉ／ＳＴＩエッジを特定する工程と、
チャネル領域と前記チャネル領域に結合するゲート／Ｓｉエッジを特定する工程と、
特定された前記チャネル領域夫々の閾値電圧変動を決定する工程と、
個々のチャネルにおける変動を組み合わせることにより変動の合計を決定する工程と、を実行するための手段であり、
前記閾値電圧変動を決定する工程が、
縦方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
横方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
縦方向と横方向の前記変動を組み合わせて全体の変動を計算する工程と、を含むことを特徴とするシステム。
【請求項１４】
前記閾値電圧変動を計算する工程において、前記閾値電圧変動の最大値と減衰関数を乗算することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
αｉ、βｉ、εｉがプロセス及び材料に関係する因子である場合に、縦方向の効果による閾値電圧変動が、減衰関数
λｉ（ｘ）＝１／（（ｘ／αｉ）βｉ＋εｉ）
に従って計算され、
横方向の効果による閾値電圧変動が、相補誤差関数ｅｒｆｃに従って計算されることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
集積回路レイアウトにおいて、レイアウトによって誘起される閾値電圧変動を自動的に推定する方法であって、
解析のために前記レイアウト内の拡散領域を選択する工程と、
選択された領域のＳＴＩエッジを特定する工程と、
前記選択された領域のチャネル領域を特定する工程と、
特定された所定のチャネル領域の夫々に対して、前記所定のチャネル領域内の１点と前記選択された領域の前記ＳＴＩエッジとの間の距離に基づいて、前記所定のチャネル領域における少なくとも過渡的増速拡散効果による閾値電圧変動を推定する工程と、
前記閾値電圧変動を推定する工程で推定された前記閾値電圧変動を組み合わせる工程と、 を備えることを特徴とする推定方法。
【請求項１７】
前記閾値電圧変動を推定する工程が、
αｉ、βｉ、εｉがプロセス及び材料に関係する因子であり、ｒが前記所定のチャネル領域内の前記１点とＳＴＩエッジとの間の距離である場合に、
λｉ（ｒ）＝１／（（ｒ／αｉ）βｉ＋εｉ）
の形の減衰関数と、
誤差関数ｅｒｆ（ｒ）の形を有する減衰関数と、
相補誤差関数ｅｒｆｃ（ｒ）の形を有する減衰関数とからなるグループの何れか１つと前記閾値電圧変動の最大値とを乗算する工程を含むことを特徴とする請求項１６に記載の推定方法。
【請求項１８】
前記閾値電圧変動を推定する工程が、
前記所定のチャネル領域内の１点と前記選択された領域の横方向のＳＴＩエッジとの間の距離に基づいて、少なくとも縦方向の過渡的増速拡散効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
前記所定のチャネル領域内の１点と前記選択された領域の縦方向のＳＴＩエッジとの間の距離に基づいて、少なくとも横方向の過渡的増速拡散効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載の推定方法。
【請求項１９】
前記閾値電圧変動を推定する工程が、
前記１点からの距離が増大するにつれて減衰し、更に、ソース／ドレイン注入によって生じる結晶格子の損傷量に依存する減衰関数と、前記閾値電圧変動の最大値とを乗算する工程を含むことを特徴とする請求項１６に記載の推定方法。
【請求項２０】
前記閾値電圧変動を推定する工程が、
前記１点からの距離が増大するにつれて減衰し、更に、ハロー注入エネルギーに依存する減衰関数と、前記閾値電圧変動の最大値とを乗算する工程を含むことを特徴とする請求項１６または１９に記載の推定方法。
【請求項２１】
前記減衰関数は更に、アニール処理の熱収支に依存することを特徴とする請求項２０に記載の推定方法。
【請求項２２】
特定された所定のチャネル領域の夫々に対して、前記所定のチャネル領域内の第２の点と前記選択された領域の前記ＳＴＩエッジとの間の距離に基づいて、前記所定のチャネル領域での少なくとも過渡的増速拡散効果による閾値電圧変動を推定する工程を更に備え、
組み合わされた前記閾値電圧変動の中に、前記所定のチャネル領域内の前記第２の点と前記選択された領域の前記ＳＴＩエッジとの間の距離に基づいて推定された前記閾値電圧変動が含まれていることを特徴とする請求項１６〜２１の何れか１項に記載の推定方法。
【請求項２３】
集積回路レイアウトにおいて、レイアウトによって誘起される閾値電圧変動を自動的に推定するシステムであって、
処理装置、及び、コンピュータプログラムを記憶するデータ記憶手段を備えるディジタルコンピュータを備え、
前記コンピュータプログラムが、
解析のために前記レイアウト内の拡散領域を選択する工程と、
選択された領域のＳＴＩエッジを特定する工程と、
前記選択された領域においてチャネル領域を特定する工程と、
特定された所定のチャネル領域の夫々に対して、前記所定のチャネル領域内の１点と前記選択された領域の前記ＳＴＩエッジとの間の距離に基づいて、前記所定のチャネル領域での少なくとも過渡的増速拡散効果による閾値電圧変動を推定する工程と、
前記閾値電圧変動を推定する工程で推定された前記閾値電圧変動を組み合わせる工程と、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２４】
前記閾値電圧変動を推定する工程が、
αｉ、βｉ、εｉがプロセス及び材料に関係する因子であり、ｒが前記所定のチャネル領域内の前記１点と前記ＳＴＩエッジとの間の距離である場合に、
λｉ（ｒ）＝１／（（ｒ／αｉ）βｉ＋εｉ）
の形の減衰関数と、
誤差関数ｅｒｆ（ｒ）の形を有する減衰関数と、
相補誤差関数ｅｒｆｃ（ｒ）の形を有する減衰関数とからなるグループの何れか１つと前記閾値電圧変動の最大値とを乗算する工程を含むことを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記閾値電圧変動を推定する工程が、
前記所定のチャネル領域内の１点と前記選択された領域の横方向のＳＴＩエッジとの間の距離に基づいて、少なくとも縦方向の過渡的増速拡散効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
前記所定のチャネル領域内の１点と前記選択された領域の縦方向のＳＴＩエッジとの間の距離に基づいて、少なくとも横方向の過渡的増速拡散効果による閾値電圧変動を計算する工程と、
を含むことを特徴とする請求項２３または２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記閾値電圧変動を推定する工程が、
前記１点からの距離が増大するにつれて減衰し、更に、ソース／ドレイン注入によって生じる結晶格子の損傷量に依存する減衰関数と、前記閾値電圧変動の最大値とを乗算する工程を含むことを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
【請求項２７】
前記閾値電圧変動を推定する工程が、
前記１点からの距離が増大するにつれて減衰し、更に、ハロー注入エネルギーに依存する減衰関数と、前記閾値電圧変動の最大値とを乗算する工程を含むことを特徴とする請求項２３または２６に記載のシステム。
【請求項２８】
前記減衰関数は更に、アニール処理の熱収支に依存することを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
特定された所定のチャネル領域の夫々に対して、前記所定のチャネル領域内の第２の点と前記選択された領域の前記ＳＴＩエッジとの間の距離に基づいて、前記所定のチャネル領域での少なくとも過渡的増速拡散効果による閾値電圧変動を推定する工程を備え、
組み合わされた前記閾値電圧変動の中に、前記所定のチャネル領域内の前記第２の点と前記選択された領域の前記ＳＴＩエッジとの間の距離に基づいて推定された前記閾値電圧変動が含まれていることを特徴とする請求項２３〜２８の何れか１項に記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路装置、特に、トランジスタアレイにおけるレイアウト感度の推定に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン、ゲルマニウム等の半導体材料が圧電効果（機械的応力によって誘発される電気抵抗の変化）を示すことは以前より知られている。例えば、参照することによって本願に援用される、Ｃ．Ｓ．Ｓｍｉｔｈ、“Ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  ａｎｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ”、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．、ｖｏｌ．９４、ｐｐ．４２−４９（１９５４年）を参照のこと。トランジスタアレイにおいて、応力を変化させることによりキャリア移動度を変化させることが可能であるが、それによりアレイのトランジスタにおいて閾値電圧が変動することが分かっている。当該問題、及び、その解決方法は、本願と同一の譲受人に譲渡される、“Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｔｒｅｓｓ  Ｉｍｐａｃｔ  ｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ”と題する米国特許出願１１／２９１，２９４に詳しく述べられている。
【０００３】
しかしながら、更なる研究により、電子とホールの流動性に影響を与える応力以外に、レイアウトも閾値電圧に影響することが分かっており、このことは何か他の要因が働いていることを示唆している。観察される変動は到底無視できるレベルではなく、変動幅が２０ｍＶを上回ることも珍しくない。上記特許文献は、当該問題の潜在的原因については示唆しておらず、解決方法も提示していない。そこで、本願の発明者は、このような変動の原因の発見、及び、その解決方法を考案することとなった。以下でその全てを説明する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様は、集積回路レイアウトにおいて、レイアウトによって誘起される閾値電圧の変動を自動的に推定する方法である。前記方法は、解析のためにレイアウト内の拡散領域を選択する工程で始まる。続いて、システムが、選択された領域上のＳｉ／ＳＴＩエッジと、チャネル領域と、前記チャネル領域に結合するゲート／Ｓｉエッジを特定する。次に、特定されたチャネル領域夫々における閾値電圧の変動を特定する。これには、縦方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、横方向の効果による閾値電圧変動を計算する工程と、縦方向と横方向の変動を組み合わせて全体の変動を計算する工程が必要である。最後に、個々のチャネルにおける変動を組み合わせることにより変動の合計が決定される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１ａ】本発明に従って構成された単一のトランジスタの一実施形態を示す図。
【図１ｂ】本発明に従って構成されたトランジスタアレイの一実施形態を示す図。
【図１ｃ】チャネルからＳＴＩ界面まで（分離されたトランジスタの場合）、或いは、隣接するトランジスタまで（ゲートがネスティングされている場合）の距離の関数として、閾値電圧とドレイン電流を示したグラフ。
【図１ｄ】チャネルにドーパント注入及びアニール処理を行った後の格子間原子の再結合を示す図。
【図２】トランジスタアレイにおける各トランジスタの閾値電圧変動値を計算する方法全体を説明したフローチャート。
【図３】各エッジを特定し、ＴＥＤ効果を解析した拡散領域を示す図。
【図４】Ｘ方向の閾値電圧の変動を計算する工程を示す図。
【図５】Ｙ方向の閾値電圧の変動を計算する工程を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、図面に基づいて詳細な説明を行う。好ましい実施形態は、本発明を説明するために記述されるのであり、請求項によって定義される本発明の範囲を限定するために記述されるのではない。当業者には、以下の記述に関して様々な同等の変形例が認識される。
【０００７】
本発明は、まず初めに、図１ａに示されるＭＯＳトランジスタ１０を考慮することにより理解される。図１ａは、平面図（上部分）、及び、線Ａ−Ａに沿った断面図（下部分）を示している。ここで、拡散領域１２は、拡散領域に形成されたソース領域１６とドレイン領域１８を備え、これらの領域の間隙の上にはゲート１４が重なっている。ゲート１４の下の領域は、チャネル２０である。ゲート１４の両側にはスペーサ２２がある（平面図では図示せず）。これらの構成要素とＭＯＳ素子全体に関する材料及び製造技術は当該技術分野において公知であり、したがってここでは詳細には述べない。アレイは部分空乏型シリコン・オン・インシュレータ（ＰＤＳＯＩ  ＭＯＳＦＥＴ）基板に形成されると予想されるが、本出願の教示はバルク構造にも同様に適用することができる。各図面はバルクＭＯＳＦＥＴ素子を示している。更に、ＭＯＳＦＥＴチャネルにドープしてＭＯＳＦＥＴのオン・オフを決定する閾値電圧の調節を行うことも当該技術分野では公知である。典型的なＭＯＳＦＥＴ素子のチャネルに注入されるドーパントには、ボロン等の種がある。図１ａに示されている実施形態は、一般的に使用されているイオン注入法を用いた場合を示している。拡散領域の結晶格子中の結果として得られるＢ原子の濃度は、濃度プロットによって表される。この濃度プロットは、内側の高濃度区域と外側の最小濃度パターンを示している。一般に知られているように、ドーパントの濃度は、通常はチャネルの中に突出しているチャネル表面付近の高濃度区域２３から、選択された最小濃度レベル２４にかけて減少する。濃度レベル２３及び２４は、チャネル内のドーパント濃度が等しい地点を結んだ線であり、規則的で滑らかな曲線を描く最大濃度領域から、不規則な形の最小濃度プロット２４までをグレーディングしている。図示されていないが、当業者には、濃度が線２３の最大値から線２４の最小値までグレーディングされていると理解される。後述のトランジスタアレイは、複数の個々のトランジスタからなり、構成は上に述べた通りである。以下に述べる議論の焦点を明確化するため、及び、明瞭化のためにここでは関連する詳細事項は省略する。
【０００８】
図１ｂは、３つのトランジスタ１１０、１１２、１１４から成るアレイ１００を示している。上述の通り、このアレイは平面図及び断面図で示されており、各トランジスタは、上記の説明の通りに構成されている。一般に見られるように、トランジスタアレイは、比較的大きな拡散領域１０２が複数形成されているチップ上に形成されている。これらの領域には、イオン注入法等の従来のプロセスによって適切なドーパントが注入され、ソース領域１０４及びドレイン領域１０６が夫々形成されている。最後に、ゲート材料１０８が細長く上に重なっている。各トランジスタは、クロスカップリングを避けるため、シャロー・トレンチ・アイソレーション（ＳＴＩ）領域１２２等の酸化物絶縁体材料から成る領域によって分離されている。その名称が示すように、ＳＴＩには適切な絶縁体ならば何でも用いることができるが、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）が望ましい。トランジスタレイアウトの性質によって、個々のトランジスタは、一部はトランジスタ１１４のように個々に分離され、残りはトランジスタ１１０及び１１２のように２以上のトランジスタのグループにネスティングされる（組み入れられる）。
【０００９】
驚くべきことに、応力によって誘発される閾値電圧の変動を除いた後でさえ、トランジスタアレイ内には大量の変動が残存することが判明した。図１ｂに反映されているように、典型的なアレイで測定したところ、３３４ｍＶから３５６ｍＶのＶｔ変動が、２２ｍＶの変動幅で観察された。初期の調査では、この変動の原因について直ちに解明はされなかったが、変動が主にトランジスタ１１４等の個々の分離したトランジスタと、トランジスタ１１０及び１１２等のネスティングされたグループのトランジスタとの間で生じていることが分かった。
【００１０】
トランジスタ１１０及び１１２の各チャネルのある１点と、トランジスタ１１４の同様の点との違いは、当該点から周囲を囲む２つのＳＴＩ壁までの距離である。更に調査を行った結果、図２に示されるデータが得られた。図１ｃでは、チャネルから周囲を囲むＳＴＩ壁まで（トランジスタ１１４のような分離したＭＯＳＦＥＴの場合）、及び、チャネルから隣接するＭＯＳＦＥＴまで（トランジスタ１１０及び１１２のようなネスティングされた素子の場合）の距離（ｎｍ）の関数として、Ｖｔ及びＩｄを示している。図示されているように、現在の製造技術における１００〜２００ｎｍという距離ではかなりの変動があるが、距離が増えるに従って当該変動は着実に減少し、距離が約５００ｎｍになると無視できるレベルとなる。
【００１１】
格子レベルで起こっていることに対する手掛かりは、図１ｂを再び参照することによって得られる。図１ｂの下部分には、チャネルに注入されたドーパントの濃度のプロット１１０ａ、１１２ａ、１１４ａが示されている。上述したように、閾値電圧を調節するために、ボロン等のドーパントをチャネル１２８に注入する。この作業は一般的にイオン注入法によって行われる。トランジスタ１１０、１１２、１１４に対する注入は完全に同じように行われるが、図１ｂにおいて興味深い結果が観察される。すなわち、プロファイルの形状によって示されているように、ドーパント濃度が近い方のＳＴＩ壁に向かって歪んでいるのである。プロファイル１１０ａではドーパント濃度が図面の左に向かって傾いており、プロファイル１１２ａではドーパント濃度が反対の右側に傾いている。これとは対照的に、分離したトランジスタ１１４は対称的な濃度パターン１１４ａを示しており、どちらの方向にも傾いていない。
【００１２】
こうした結果を基に、当該問題は結晶格子における損傷領域からの格子間原子の再結合に関係していると仮定できる。図１ｄに示すように、また、上述したように、ドーパント（ボロン、リン、ヒ素等）を通常は原子注入によってソース領域とドレイン領域に注入し、当該領域に導電性の高い層を生成する。注入工程では、対象となる結晶格子に損傷領域１３０が形成される。損傷領域１３０では、新たに注入された原子によって結晶格子サイトを先に占めていた原子（通常はＳｉ原子）が置換される。もちろん、置換された原子は各格子サイト間の格子間原子として格子内に残存する。更に、この置換された格子間原子は、拡散工程を経て、結晶構造とＳＴＩ１２２の界面、或いは、シリコンチャネルとゲートスタック１２３の界面等の結晶構造の表面に向かって移動する傾向があり、チャネル表面において、表面領域を特徴付ける自由Ｓｉ格子サイトに再結合することが知られている。この現象は、熱アニール処理中に上昇した温度条件下で生じる。図３の拡散経路は矢印１３２で示されている。図から分かるように、個々の原子が表面に到達し、そこで再結合するために移動しなければならない距離は夫々異なる。これにより、表面に近い原子は早く再結合することができるということになる。格子間原子の移動は、ボロン、リン、ヒ素等のドーパントの拡散性を推進する副作用があり、この現象は、過渡的増速拡散（ＴＥＤ：Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）として知られている。チャネルでドーパントが受けるＴＥＤの量によって、チャネル表面付近のドーパント濃度が決定され、それにより閾値電圧も決定される。したがって、異なるシリコン表面での格子間原子の再結合は、隣接するＭＯＳＦＥＴの閾値電圧に影響を与える。
【００１３】
再び図１ｂに戻ると、トランジスタ１１４のチャネルにおける格子間イオンの再結合パターンは、ＳＴＩ壁までの距離が当該トランジスタの左右で同じである時には、左右対称となることが予想される。一方、トランジスタ１１０と１１２は、この発見を適用すると、ＳＴＩ壁に向かって歪んだ濃度パターンとなると予想され、実際、結果もまさにその通りとなった。
【００１４】
本願の２人の発明者による、本願の譲受人によって所有される、“Ｍｅｔｈｏｄ  Ｆｏｒ  Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ  Ｌａｙｏｕｔ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  Ｖｏｌｔａｇｅ  ｉｎ  ａ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ａｒｒａｙ”と題する米国特許出願１１／２９１，２９４は、閾値電圧の変動をＴＥＤにより平滑化する方法を教示、及び、請求している。
【００１５】
以下に述べる定義が成り立つならば、本願明細書の記述に役立つ。図１に示されるように、本願明細書で使用されている、トランジスタの「縦」方向とは、トランジスタがオンの時に、ソースからドレインへ流れる電流の方向である。一方、「横」方向とは、縦方向に対して垂直な方向であり、電流の流れる方向に対して垂直な方向である。トランジスタの縦方向及び横方向はどちらも、「水平」方向であると考えられ、表面に対して平行な方向を意味する。他の「水平」方向には、表面に対して平行であるが、横方向及び縦方向の両方に対して角度をなして交差している方向（図示せず）が含まれる。「垂直」方向とはチャネルの表面に対して垂直な方向であり、したがって、考えられる全ての水平方向に対して垂直である。レイアウト内の構造の「長さ」とは、縦方向の長さであり、「幅」は横方向の幅を指す。論理回路で用いられるトランジスタの典型であるトランジスタ１１４のレイアウトから分かるように、チャネル１２８の長さは、その幅よりもかなり短い。また、図１では、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標軸が示されている。図１のレイアウトでは、Ｘ方向が縦方向に、Ｙ方向が横方向に、Ｚ方向が縦方向及び横方向に垂直な方向に相当する。尚、Ｚ方向は集積回路チップの深さを表している。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態の全体のフローチャートを示している。本願の全てのフローチャートと同様に、多くのステップは、それらを組み合わせて実行する、或いは、平行して実行する、或いは、異なる順序で実行する等しても、実現される機能には影響しない。幾つかの場合には、ステップを並べ替えても、特定の他の変更が同様に行われる限り、同じ結果が得られる。また、他の場合には、ステップを並べ替えても、特定の条件が満たされる限り、同じ結果が得られる。
【００１７】
図２の実施形態は、本願の譲受人が市販するＳＥＩＳＭＯＳ等の集積回路自動設計システムの一部として動作する。他の実施形態は、単独で動作するように、或いは、異なる設計環境において動作するモジュールとして構成することが可能である。全ての実施例において、本発明のシステムの動作原則は同じである。
【００１８】
図２に示すように、本システムは、レイアウトで選択されたトランジスタについてループ処理を行うステップ２１０から始まる。本発明の特徴を用いれば閾値電圧の変動値を高速かつ正確に決定できるため、集積回路チップ上の全てのトランジスタに関して閾値電圧の変動を決定することが可能である。もしくは、複数のクリティカル・パスの内、１つのパス上にあるトランジスタといった、特定の重要なトランジスタのみをユーザが選択するという構成にしてもよい。本発明の各実施形態は、従来の方法では非実用的又は不可能であった、１２以上のトランジスタ、３以上の拡散領域を備えるレイアウト領域に対する合理的で正確な解析を行うことが可能である。説明のために、ステップ２１０で選択される第１のトランジスタは、トランジスタ１１２とする（図１）。
【００１９】
ステップ２１２において、本システムは、選択トランジスタのチャネル領域を特定し、最初の計算を行う。一実施形態では、このタスクを容易に行うために、ＴＣＡＤレイアウト解析ソフトウェアを用いる。このステップを説明するには、図３が最も適している。図３では、拡散領域３１２と、２つのトランジスタ３１４及び３１６を定義する細長いゲート材料とが交差している。まずトランジスタ３１４について見ると、最初の疑問は、どのような物理的特徴がＴＥＤに対して効果を持つのかということである。明らかに、ＴＥＤ効果は、応力とは異なり、ＳＴＩを横切って伝播することはない。そのため、発明は、単一の拡散領域上のトランジスタに限られる。更に、計算は、Ｘ方向及びＹ方向の効果に限られる。ここでの軸は、図１ａ及び１ｂの平面図部分の軸であり、Ｘ方向を縦方向、Ｙ方向を横方向とする。上記より、ＴＥＤはＳｉ／ＳＴＩ界面とゲート領域によって影響を受けるということが分かる。したがって、Ｘ方向では、Ｘ軸と交差するエッジは、Ｓｉ／ＳＴＩ界面Ｘ１、Ｘ４、Ｘ７、及び、チャネルエッジＸ２、Ｘ３、Ｘ５、Ｘ６と特定できる。一方、Ｙ方向では、Ｓｉ／ＳＴＩエッジ（境界）のみがあり、この例ではＹ１〜Ｙ７である。また、この解析から、チャネル領域は、ゲートエッジＸ２〜Ｘ３とゲートエッジＸ５〜Ｘ６の間の領域と特定できる。各ゲート領域の中心からの距離は、更なる使用で決定される。チャネルの横中心線からのＸ方向の距離と、縦中心線からのＹ方向の距離が夫々測定される。
【００２０】
図２に示される実施形態では、１つの計算が、閾値電圧変動を十分正確に表すと考える。必要に応じて、チャネル領域内に複数の標本点が選択できる。標本点は、チャネル内を横方向に向かって延伸し、かつ、チャネルの縦方向の中央を通る線に沿って均一に存在する点を選択することが望ましい。概して、ここでの試みは、チャネル中の閾値電圧分布を推定することである。チャネルは通常縦方向には非常に短いため、チャネルの横方向の中心に位置する一本の水平方向に延伸する線上で全ての標本点を選択すれば通常は十分である。標本点が多ければ解析の精度が増し、少なければスピードが増すが、設計者はこの精度とスピードとの兼ね合いのとれた標本点をチャネル内に複数選択することになる。
【００２１】
ステップ２１４及び２１６において、Ｘ方向及びＹ方向の閾値電圧変動の概算が行われる。（ここで用いられる「概算」という語は、例外的に正確であることを含む。したがって、幾つかの例において、ステップ２１４及び２１６で行われる概算は正確である可能性がある。）これらの計算では、閾値電圧変動の最大値であるΔＶｔｍａｘ、Ｓｉ／ＳＴＩ界面で生成されるαＳＴＩ、σＳＴＩ、βＳＴＩ、Ｓｉ／ｐｏｌｙ界面で生成されるαｇａｔｅ、βｇａｔｅといったプロセスに依存するパラメータが必要となる。これらのパラメータは、当該分野において一般に利用可能なＴＣＡＤソフトウェアシステムを用いて算出、或いは、テスト構造を製造し、そのテスト構造から測定が可能であると当業者には理解される。何れにしても、所定のプロセスフローのために求められた一連のパラメータは、当該プロセスフローに基づいて製造された全てのレイアウトに対して有効である。
【００２２】
図４及び５に示す方法はどちらも同様に進められる。何れの例においても、当該方法により、関連する各エッジ、すなわち、検討対象の軸に直交する各エッジがＴＥＤにもたらす効果を算出する。所定のエッジによる効果は、拡散領域の各エッジによってもたらされる効果を算出することによって得られ、当該効果は、エッジ距離における減衰関数の演算を行うことにより求められる。各効果は合計され、パラメータΔＶｔｍａｘをその合計に乗じることにより、当該方向の効果によって生じた閾値電圧変動の合計が得られる。
【００２３】
これらの計算で用いられる減衰関数は、各実施形態によって、また、レイアウトの大きさによって異なっていても構わない。物理的な原理から正確な減衰関数を導くことは困難であるため、たいていの実施形態ではそれを概算するしかない。選択される関数は、大まかに言えば、近傍界においては強大であるが有限であり、遠方界においてはゼロに向かって漸近的に減少していき、近傍界と遠方界の中間においてはその中間の挙動を示すと思われる。好ましい実施形態では、以下の減衰関数をＸ方向に用いる。
［数１］
λｉ（ｘ）＝１／（（ｘ／αｉ）βｉ＋εｉ）
【００２４】
数１において、αｉとβｉは、ハロー注入エネルギー、ソース／ドレイン注入によって生じる注入損傷の量、アニール処理の熱収支等の幾つかの要因によって決定される。αｉ、βｉ、εｉの値は、完全なＴＣＡＤシミュレーションを用いて概算するか、テスト構造の電気計測を用いて測定する。
【００２５】
別実施形態では、他のタイプの減衰関数による概算が用いられる。使用されるもう１つの関数のタイプは、誤差関数ｅｒｆｃ（ｒ）である。幾つかの実施形態において、減衰関数λｉ（ｒ）は必ずしも単調でなくてよい。ここで、ｒはＸ方向又はＹ方向の距離を示す。
【００２６】
数１の減衰関数は、Ｘ方向の閾値電圧変動を計算する際に最も良い結果を示し、一方、誤差関数ｅｒｆｃは、Ｙ方向のエッジに関して優れた結果を示すことが分かった。
【００２７】
図４は、Ｘ方向の効果による閾値電圧変動の計算を行うステップ２１４のプロセス４００を示している。図３に示すように、ゲート／ＳＴＩエッジ、及び、Ｓｉ／ＳＴＩエッジは何れもＸ軸に対して直交している。制御ブロック４１０では、これらのエッジの夫々についてループ処理を行い、閾値電圧変動に対して各エッジがもたらす効果を決定する。ブロック４１２では、数１を当該データに適用して計算し、ブロック４１４では、その結果を現時点の効果の合計に加算する。この効果の合計とは、各エッジからの効果の合計であり、パラメータΔＶｔｍａｘと乗算される。ループは、ブロック４１６でプロセスの終わりを検知するまで続けられる。
【００２８】
図５は、プロセス４００と同様に、Ｙ方向の閾値電圧変動の計算を行うステップ２１６（図２）のプロセスを示している。ここでは、Ｓｉ／ＳＴＩエッジのみがＹ軸に直交しており、最も良い結果は以下の式によって得られることが分かった。
［数２］
λｉ（ｙ）＝ｅｒｆｃ（ｙ／σ）
本実施形態では、相補誤差関数ｅｒｆｃを用いる。当業者には、相補でない形の誤差関数ｅｒｆもまた、同様の空間的挙動を示す他の数学関数と同様に用いることができると理解される。プロセス５００は、各エッジについてループ処理を行う制御ブロック５１０、当該エッジに関して先に集められたデータに誤差関数を適用するステップ５１２、その結果を現時点での閾値電圧変動の累積値に加算するステップ５１４からなる。このプロセスは、ステップ５１６において全てのエッジが処理されたと判定されるまで続けられる。
【００２９】
尚、本願に記載の方法は、集積回路レイアウトにおいて、レイアウトによって誘起される閾値電圧変動を自動的に推定するシステムによって実行することができる。当該システムは、処理装置、表示手段、データ記憶手段を備えるディジタルコンピュータと、前記データ記憶手段に記憶されるコンピュータプログラムとを備え、前記コンピュータプログラムが本願に記載の複数の工程を実行するように構成されている。
【００３０】
前述の本発明の好ましい実施形態は、説明及び記述のために提供されたものであり、包括的な開示、或いは、本発明をここに開示した形に厳密に限定することを意図していない。多くの変更及び改良が可能であることは、当業者にとって自明である。
【００３１】
各実施形態は、本発明の原理及びその実際の応用を最大限に説明するために選択され、記述された。それにより、当業者は、本発明が様々な実施形態をとり、意図する特定の用途に合わせて様々な変形が可能であると理解できる。本発明の範囲は以下の特許請求の範囲とそれに相当するものによって定義される。
【００３２】
本発明は上記で詳細に述べた好ましい実施形態及び実施例を参照することによって開示されるが、これらの例は本発明を限定するためではなく、説明するために示されていると理解される。当業者は、本発明の精神、及び、以下の特許請求の範囲を逸脱しない限り、変形及び組合せを容易に行うことができる。
【国際調査報告】
2010529648.tif 000011