高κ圍柵MOSFET器件的柵極隧穿電流研究.pdf

1、隨著器件尺寸的不斷縮小,柵極氧化層厚度也不斷減小,這導(dǎo)致器件的柵極泄露電流迅速增大,從而影響器件的靜態(tài)功耗、可靠性以及工作性能。因此,減小柵極隧穿電流是十分重要的。本文從器件結(jié)構(gòu)和柵介質(zhì)兩個方面入手來減小柵極隧穿電流:器件結(jié)構(gòu)方面,主要圍繞長溝道圓柱圍柵 MOSFET器件進(jìn)行論述;柵介質(zhì)方面,主要圍繞高κ材料進(jìn)行討論。
　　文中主要討論了圓柱圍柵結(jié)構(gòu) MOSFET器件的柵極直接隧穿電流。分別建立了長溝道高κ圓柱圍柵 MOSFET器

2、件柵極直接隧穿電流的解析模型和長溝道高κ柵棧結(jié)構(gòu)圓柱圍柵 MOSFET器件柵極直接隧穿電流的解析模型。從前者得到的結(jié)論是:直接隧穿電流主要是表面勢的函數(shù),表面勢主要取決于等效氧化層厚度,因此,直接隧穿電流也主要取決于等效氧化層厚度,溝道半徑對其影響很小;當(dāng)?shù)刃а趸瘜雍穸葹?nm時,采用 HfO2柵介質(zhì)與傳統(tǒng) SiO2相比,柵極直接隧穿電流可以減小4個數(shù)量級。從后者得到的結(jié)論是:柵極直接隧穿電流主要取決于柵棧的等效氧化層厚度,溝道半徑對柵

3、極直接隧穿電流無影響;增大柵棧中 SiO2層的厚度或者高κ層的物理厚度都可以減小柵極的直接隧穿電流,且高κ層的物理厚度稍有變化,對柵極直接隧穿電流影響非常大;當(dāng)柵棧結(jié)構(gòu)的等效氧化層厚度保持不變時,SiO2層的厚度越小,柵極直接隧穿電流就越小;當(dāng)柵棧結(jié)構(gòu)的等效氧化層厚度保持不變時,柵極選用的高κ層材料的介電常數(shù)較大,柵極直接隧穿電流就越小。
　　綜上所述,本文在長溝道圓柱圍柵 MOSFET器件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,分別建立了高κ柵以及高κ柵