鰭式場(chǎng)效晶體管的出現對集成電路物理設計及可測性設計流程具有重大影響。鰭式場(chǎng)效晶體管的引進(jìn)意味著(zhù)在集成電路設計制程中互補金屬氧化物(CMOS)晶體管必須被建模成三維（3D）的器件，這就包含了各種復雜性和不確定性。加州大學(xué)伯克利分校器件組的BSIM集團開(kāi)發(fā)出了一個(gè)模型，被稱(chēng)作BSIM-CMG (common multi-gate)模型，來(lái)代表存在鰭式場(chǎng)效晶體管的電阻和電容。晶圓代工廠(chǎng)竭力提供精準器件及寄生數據，同時(shí)也致力于保留先前工藝所采用的使用模型。

 

 

然而，每個(gè)晶圓代工廠(chǎng)都會(huì )修改標準模型以使得更貼切地表現特定的架構和工藝。此外，在這些先進(jìn)的工藝節點(diǎn)處，晶圓代工廠(chǎng)希望其通過(guò)參考場(chǎng)解算器建立的“黃金”模型與該領(lǐng)域設計人員使用提取工具得到的結果有更緊密的關(guān)聯(lián)。在28納米級節點(diǎn)，晶圓代工廠(chǎng)希望商業(yè)提取工具精度介于其黃金模型的5%到10%之間。對于鰭式場(chǎng)效晶體管工藝，晶圓代工廠(chǎng)要求商業(yè)提取工具與黃金模型之間的平均精度誤差在2%以?xún)龋?倍離散標準偏差僅為6%-7%。

 

最具挑戰性的任務(wù)是計算鰭式場(chǎng)效晶體管與其周?chē)h(huán)境之間更復雜且無(wú)法估量的相互之間的寄生數據，這需要涉及前段制程（FEOL）幾何結構的精確3D建模。確保三維空間中的精度需要使用3D場(chǎng)解算器進(jìn)行提取。3D場(chǎng)解算器在先前用于制程特性而非設計，因為其計算成本太高且速率太慢?，F在新一代的三維提取工具，比如Mentor的Calibre xACT，通過(guò)采用自我調整網(wǎng)格化技術(shù)加速計算的方法使其運行速度比之前快了一個(gè)數量級。其還有可利用現代多CPU計算環(huán)境的高度可擴容架構。有了這些功能，提取工具可以輕松地在32 CPU機器上執行場(chǎng)解算器計算解決方案，小至數個(gè)單元大至數百萬(wàn)內嵌晶體管的模塊。

 

在全芯片層次，我們需要考慮數十億晶體管設計以及幾千萬(wàn)根連接導線(xiàn)，即使是快速場(chǎng)解算器也無(wú)法提出實(shí)用的周轉時(shí)間。解決方法是采用先進(jìn)的啟發(fā)式算法，對于復雜的結構采用場(chǎng)解算器，對于一般的幾何圖形可采用基于表格的提取方法 (table-based)。這種方法是可行的，由于在布線(xiàn)網(wǎng)格中的電場(chǎng)模型類(lèi)似于前制程節點(diǎn)所見(jiàn)的。在最理想的情況下，設計工程師所用的提取使用模型不會(huì )改變，因為提取工具會(huì )自動(dòng)在場(chǎng)解算器和表格方法之間移動(dòng)。

 

隨著(zhù)雙重和三重光罩在從20納米級節點(diǎn)制造開(kāi)始中扮演著(zhù)越來(lái)越重要的作用，我們正經(jīng)歷著(zhù)互連角點(diǎn)(interconnect corners)數量的飛躍。在28納米，5個(gè)互連角點(diǎn)是可能的，然而對于16納米級，我們預計需要11-15個(gè)角點(diǎn)。先進(jìn)的多角點(diǎn)分析計劃可以實(shí)現更高效的計算，減少每個(gè)額外角點(diǎn)所需的額外計算量。此外，我們可以并行處理角點(diǎn)，以使每一個(gè)額外角點(diǎn)僅增加10%的整體周轉時(shí)間。這意味著(zhù)15個(gè)角點(diǎn)只需要2.5倍的單個(gè)角點(diǎn)運行時(shí)間。

 

 

測試和失效分析是特別重要的，因為鰭式場(chǎng)效晶體管的關(guān)鍵尺寸首次比底層節點(diǎn)尺寸小得多。這使得提高的缺陷水平以及增加良率的挑戰日益受到關(guān)注。單元識別(Cell-Aware)的測試方法特別適合于解決這些問(wèn)題，因為它可以鎖定晶體管級的缺陷。相對來(lái)說(shuō)，傳統的掃描測試模式只能識別單元之間互連件的缺陷。單元識別分析過(guò)程建立一個(gè)基于單元布局內缺陷仿真行為的故障模型。結果能生產(chǎn)出更高質(zhì)量的圖形向量。當采用單元識別方式自動(dòng)產(chǎn)生測試圖形向量（ATPG），硅驗證結果表明從350納米級到鰭式場(chǎng)效晶體管級的技術(shù)節點(diǎn)，明顯檢測出額外更多的缺陷，超出固定模式及過(guò)渡模式。

 

考慮具有三個(gè)鰭的多鰭式場(chǎng)效晶體管。最近的研究建議，這樣的晶體管應考慮兩個(gè)缺陷類(lèi)型：導致晶體管部分或全部擊穿的泄漏缺陷以及導致晶體管部分或完全關(guān)閉的驅動(dòng)強度缺陷。

圖1：鰭式場(chǎng)效晶體管泄漏缺陷的測試

 

泄漏缺陷可以通過(guò)在每個(gè)晶體管的3鰭片兩端柵極（從漏極到源極）放置電阻來(lái)分析，如圖1所示。在單元識別分析過(guò)程中，模擬仿真(analog simulation)在一個(gè)給定單元庫對于所有鰭式場(chǎng)效晶體管的所有不同電阻值的電阻進(jìn)行。在晶體管在一定門(mén)閾值的情況下響應延遲，對缺陷進(jìn)行建模。驅動(dòng)強度缺陷可以通過(guò)在漏極和每個(gè)柵極之間以及在源極和柵極之間放置電阻的方法來(lái)分析。至于泄漏測試，模擬仿真通過(guò)改變每個(gè)電阻的電阻值來(lái)進(jìn)行。每個(gè)鰭片的響應時(shí)間差異用于決定是否需要進(jìn)行缺陷建模。其他的鰭式場(chǎng)效晶體管缺陷類(lèi)型可以通過(guò)類(lèi)似的方法來(lái)處理。

 

鰭式場(chǎng)效晶體管確實(shí)帶來(lái)了一些新的挑戰，但電子設計自動(dòng)化工具供貨商和晶圓代工廠(chǎng)會(huì )盡全力以對集成電路設計流程影響最小的方式整合解決方案。