納米級MOSFETs的3D TCAD建模與結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、隨著傳統(tǒng)的CMOS結(jié)構(gòu)的特征尺寸不斷縮小,深亞微米甚至納米量級已經(jīng)達(dá)到尺寸縮小的極限,導(dǎo)致CMOS器件的性能面臨短溝道效應(yīng)以及工藝限制等的問題。為了保持摩爾定律預(yù)計(jì)的發(fā)展速度,以雙柵MOSFETs和FinFETs為代表的新型器件結(jié)構(gòu)以優(yōu)良的抑制短溝道效應(yīng)性能以及高集成度的突出特點(diǎn),成為業(yè)界最熱的研究焦點(diǎn)。但是,新的器件結(jié)構(gòu)隨著特征尺寸的進(jìn)一步縮小,傳統(tǒng)平面器件的物理模型便不再適用,需要建立量子效應(yīng)等相關(guān)的新物理模型;同時非平面超薄體集中

2、散熱的問題也越來越嚴(yán)重。
　　本論文主要涉及納米級 MOSFETs的小尺寸效應(yīng),以及針對多柵 MOSFETs相關(guān)小尺寸效應(yīng)的物理建模,研究多柵MOSFET的不同溝道面晶向?qū)τ行нw移率和驅(qū)動電流的降低效應(yīng),并設(shè)計(jì)新型器件結(jié)構(gòu)加以改善晶向差異的影響及非平面小尺寸器件的散熱問題,主要研究工作如下:
　　1、根據(jù)器件按比例縮小的規(guī)律,分析了短溝道情況下的源極和漏極電場對溝道的強(qiáng)制作用引起的二階效應(yīng)等,包括漏致勢壘降低和源漏穿通效應(yīng)、

3、強(qiáng)電場效應(yīng)等,而非平面多柵 MOS器件能在提高集成度基礎(chǔ)上有效降低短溝道效應(yīng),但體硅厚度的不斷減薄不僅使得其載流子遷移率降低,同時集中散熱問題也愈凸顯,我們深入研究超薄體的遷移率散射機(jī)制,同時討論半導(dǎo)體材料熱導(dǎo)率受尺寸及摻雜等因素的影響。
　　2、對多柵MOSFETs中較突出的量子效應(yīng)和短溝道效應(yīng)等進(jìn)行有效的物理建模和TCAD仿真驗(yàn)證,同時針對小尺寸MOS器件的3D TCAD仿真,討論如何設(shè)置最優(yōu)的3D網(wǎng)格和數(shù)值函數(shù)方法,以匹配模

4、型的應(yīng)用,達(dá)到三維器件模擬的精準(zhǔn)性和快速性,重點(diǎn)研究超薄體硅的界面粗糙度散射機(jī)制,對不同溝道面晶向的遷移率進(jìn)行有效的2D和3D TCAD建模并實(shí)現(xiàn)仿真驗(yàn)證。
　　3、探討Fin體表面和側(cè)面晶向差異對雙柵及三柵MOSFET的有效遷移率以至驅(qū)動電流的嚴(yán)重影響,針對多柵 MOS器件存在的晶向差異降低驅(qū)動電流和非平面小尺寸器件集中散熱的問題,設(shè)計(jì)一種T型柵結(jié)構(gòu)的3D MOS器件,改善了晶向差異的影響,同時克服體反型條件下多個溝道面相互作用