納米MOSFET量子效應(yīng)模型與寄生電阻分析.pdf

1、集成電路對(duì)于高速、高集成度、大信息存儲(chǔ)量的追求使得MOS器件的尺寸持續(xù)縮小，但是隨著MOS器件尺寸的縮小，許多原本在長(zhǎng)溝MOS器件中不重要的參數(shù)在小尺寸器件中變得顯著，并影響器件的性能。因此，有很多的研究報(bào)告都在討論如何使得MOS器件在尺寸縮小的情況下，依然保持長(zhǎng)溝道器件的良好特性。在小尺寸MOSFET中，為了減小短溝道效應(yīng)，采取了增加溝道摻雜和減小柵氧化層厚度等措施。高的摻雜濃度和強(qiáng)的電場(chǎng)使得量子效應(yīng)對(duì)器件的性能影響不可忽視。長(zhǎng)期以來(lái)

2、，反型層和積累層中的量子效應(yīng)對(duì)MOS器件性能的影響被廣泛關(guān)注。近期，多晶硅中量子效應(yīng)對(duì)器件性能的影響也被研究。此外，由于源漏延伸(SDE)結(jié)構(gòu)能有效地抑制熱載流子效應(yīng)和短溝道效應(yīng)，它已成為小尺寸CMOS的標(biāo)準(zhǔn)工藝技術(shù)。但是，源漏延伸結(jié)構(gòu)會(huì)引起寄生電阻的增加，并且，由于寄生電阻不能隨著MOS器件的縮小而縮小，這使得寄牛電阻在總的電阻中占有很大的比例，嚴(yán)重影響器件的輸出特性和頻率特性。 本文首先介紹了MOS器件尺寸縮小的趨勢(shì)，面臨的

3、工藝技術(shù)和器件物理效應(yīng)上的挑戰(zhàn)，介紹了MOS器件結(jié)構(gòu)、材料和工藝的發(fā)展趨勢(shì)。 在對(duì)器件量子效應(yīng)的分析建模上，作者首先對(duì)反型層中量子效應(yīng)進(jìn)行了分析。基于三角勢(shì)場(chǎng)近似，通過(guò)求解薛定諤方程，得到了載流子的分立能級(jí)和對(duì)應(yīng)的波函數(shù)，給出了反型層中載流子的分布。從反型層載流子分布出發(fā)，建立了表面電容和對(duì)應(yīng)閾值時(shí)的表面勢(shì)解析表達(dá)式，分析了反型層量子效應(yīng)對(duì)MOS閾值電壓和有效柵電容的影響：接著作者利用數(shù)值模擬的結(jié)果和曲線(xiàn)擬合，對(duì)多晶硅中量子效應(yīng)

4、進(jìn)行了解析建模，得到了多晶硅柵中的載流子分布和電壓降，研究了多晶硅量子效應(yīng)對(duì)MOS器件閾值電壓的影響，定量分析了柵電極電容對(duì)有效柵電容的影響。 由于寄生電阻不能隨著MOS器件的縮小而縮小，使得寄生電阻對(duì)MOS器件性能的影響不可忽視，為了準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)源漏極寄生電阻，分析器件參數(shù)對(duì)寄生電阻的影響，一個(gè)有效的MOS器件寄生電阻模型對(duì)于MOS器件的設(shè)計(jì)是十分必要的。在寄生電阻的分析中，作者先介紹了長(zhǎng)溝道寄生電阻模型和短溝道寄生電阻模型，分

5、析了短溝道MOS寄生電阻模型在柵壓較低時(shí)存在較大誤差的原因。分析認(rèn)為，誤差的原因在計(jì)算積累層電荷上。短溝道寄生電阻模型在計(jì)算時(shí)假設(shè)積累層厚度為零，從而得到積累層電荷計(jì)算公式，這在柵壓小的時(shí)候存在較大的誤差。根據(jù)分析結(jié)果，不再假設(shè)積累層厚度為零，給出了新的積累層電荷計(jì)算方程，對(duì)短溝道寄生電阻模型進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)的模型經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬驗(yàn)證，確實(shí)能更好的預(yù)測(cè)MOS器件的寄生電阻。最后作者模擬分析了器件結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)源漏寄生電阻的影響，以期能對(duì)器件的設(shè)