一種提取雙材料雙柵結(jié)構(gòu)mosfet亞閾值擺幅的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種提取雙材料雙柵結(jié)構(gòu)金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的亞閾值擺幅的方法。本發(fā)明通過求出雙材料雙柵結(jié)構(gòu)MOSFET的電勢分布，然后根據(jù)亞閾值擺幅的定義，利用求得的電勢得到亞閾值擺幅的解析模型。該亞閾值擺幅解析模型形式簡潔、物理概念清晰，為電路模擬軟件在研究新型雙材料雙柵結(jié)構(gòu)器件時候，提供了一種快速的工具。
【專利說明】一種提取雙材料雙柵結(jié)構(gòu)MOSFET亞閾值擺幅的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種提取雙材料雙柵結(jié)構(gòu)金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)亞閾值擺幅的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路芯片集成度不斷提高，器件幾何尺寸不斷縮小，MOSFET器件已經(jīng)逐步從平面結(jié)構(gòu)向非平面立體結(jié)構(gòu)發(fā)展。而在各類非傳統(tǒng)平面器件結(jié)構(gòu)中，雙柵結(jié)構(gòu)MOSFET的柵極控制能力強(qiáng)，能夠更好抑制短溝道效應(yīng)，降低器件的靜待功耗。將雙材料柵極MOSFET與雙柵MOSFET結(jié)合，就能結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，使得器件有更好的短溝道特性和性能。由于靠近漏端使用功函數(shù)較小的材料做柵，可以減小平帶電壓，增大有效柵壓，可以減小漏端沿溝道方向電場，從而減小熱載流子效應(yīng)。由于以上優(yōu)勢，對這種雙柵MOSFET結(jié)構(gòu)創(chuàng)建解析模型變得尤為重要，并且其亞閾值擺幅提取模型日益受到工業(yè)界關(guān)注。傳統(tǒng)體硅MOSFET亞閾值擺幅模型已經(jīng)不再適合，這對于新型多柵納米器件的建模與模擬帶來了新的挑戰(zhàn)。
[0003]亞閾值擺幅是MOSFET最為重要參數(shù)之一，它的定義為:亞閾值區(qū)域，電流每變化十倍，柵極偏壓所需要變化量。為了使用電路模擬軟件能夠正確模擬電路特性，建立精確的亞閾值擺幅模型是非常重要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種方便、正確提取雙材料雙柵MOSFET亞閾值擺幅的方法。
[0005]本發(fā)明提供的提取雙材料雙柵MOSFET亞閾值擺幅的方法，關(guān)鍵是建立形式簡潔、物理概念清晰，且精度高的雙材料雙柵MOSFET亞閾值擺幅解析模型。
[0006]本發(fā)明建立的雙材料雙柵結(jié)構(gòu)MOSFET亞閾值擺幅解析模型，為電路模擬軟件提供一種快速精確解析雙柵結(jié)構(gòu)模型。
[0007]具體步驟如下:
[0008](I)建立雙材料雙柵MOSFET
[0009]雙材料雙柵MOSFET與雙柵MOSFET類似，中間是硅。溝道采用P型摻雜，源漏則采用η型重?fù)诫s。柵極采用不對稱的結(jié)構(gòu)，其中一個柵極采用兩種功函數(shù)不同的材料制備。為了得到階梯型的溝道電勢分布，材料M2采用功函數(shù)較小的η型重?fù)诫s多晶硅(功函數(shù)為
4.17eV)，材料Ml則采用功函數(shù)較高的P型多晶硅(功函數(shù)為5.25eV)。兩端柵極外接同樣的偏壓。
[0010]溝道長度為L 一端的柵極被劃分為兩個部分，分別對應(yīng)兩種功函數(shù)不同的柵極材料。材料Ml對應(yīng)的長度為L1,材料M2對應(yīng)的長度為L2, L = L1+!^材料Ml的功函數(shù)為
5.25eV，材料M2的功函數(shù)為4.17eV。tMl，tox2為前柵和背柵氧化層厚度，tsi為溝道厚度。
[0011](2)求解溝道電勢的泊松方程，得到溝道電勢
[0012] 溝道電勢的泊松方程可以表示為:

【權(quán)利要求】
1.一種提取雙材料雙柵結(jié)構(gòu)MOSFET亞閾值擺幅的方法，其特征在于具體步驟如下: (1)建立雙材料雙柵MOSFET 雙材料雙柵M0SFET，中間是硅，溝道采用P型摻雜，源漏采用η型重?fù)诫s；柵極采用不對稱的結(jié)構(gòu)，其中一個柵極采用兩種功函數(shù)不同的材料制備；第二種材料M2采用功函數(shù)較小的η型重?fù)诫s多晶硅，第一種材料Ml則采用功函數(shù)較高的P型多晶硅；兩端柵極外接同樣的偏壓； 溝道長度為Z —端的柵極被劃分為兩個部分，分別對應(yīng)兩種功函數(shù)不同的柵極材料；第一種材料Ml對應(yīng)的長度為L”第二種材料M2對應(yīng)的長度為L2, L=LAL2 ;第一種材料Ml的功函數(shù)為5.25eV，第二種材料M2的功函數(shù)為4.17eV -,toxl, 為前柵和背柵氧化層厚度，tsi為溝道厚度； (2)求解溝道電勢的泊松方程，得到溝道電勢 溝道電勢的泊松方程表示為:
其中，q為電子電荷，Na為溝道的摻雜濃度，ε?為娃的介電常數(shù)，為溝道電勢； 根據(jù)電場在溝道、氧化層交界面連續(xù)以及源、漏兩端的電壓，邊界條件表示為:
其中，k?為內(nèi)建電勢，為漏源電壓，分別為上柵和下柵氧化層單位面積電容，vGFF、Vgfb分別為上柵和下柵有效柵壓；雙柵材料的柵極采用兩種功函數(shù)不同的材料來形成，(4)式中的Vgff為一個分段函數(shù)；定義rI = VfJiS/VffSF，r2 = m21 ^ ml ,并且代入式(5),邊界條件重新表示為:
解的形式表示為:
其中《為整數(shù)，為待定系數(shù)； 將式(7)代入泊松方程(1)，得到:
其中，
式(8)的解為:
將式(9)代入邊界條件(4)與(6)，然后作傅里葉展開，求出系數(shù)C；與馬為:
這樣，得到雙材料雙柵的溝道電勢表達(dá)式； (3)建立雙材料雙柵MOSFET的亞閥值擺幅解析表達(dá)式 亞閾值擺幅定義為:
在亞閾值區(qū)域，雙材料雙柵MOSFET處于弱反型條件下，源漏電流壓近似表示成:
@miti為z方'向的電勢最小值；代人式(I5)，將亞_值^罷巾§的表達(dá)式改;寫為:
其中，K =A5IV g, Is為波爾茲曼常數(shù)…力溫度； 將溝道電勢的結(jié)果代入(16)式，得到亞閾值擺幅的解析表達(dá)式為:
計算時，^可用溝道的有效導(dǎo)電路徑％替代，也就是電荷的等效質(zhì)心:
其中’
’ ni為本征載流子濃度’ yeif的表達(dá)式改寫為:
【文檔編號】G01R31/26GK104076266SQ201410300741
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】胡光喜, 向平, 劉冉, 鄭立榮 申請人:復(fù)旦大學(xué)