一种提取双材料双栅结构mosfet亚阈值摆幅的方法
【专利摘要】本发明属于半导体【技术领域】，具体为一种提取双材料双栅结构金属-氧化物-半导体场效应晶体管的亚阈值摆幅的方法。本发明通过求出双材料双栅结构MOSFET的电势分布，然后根据亚阈值摆幅的定义，利用求得的电势得到亚阈值摆幅的解析模型。该亚阈值摆幅解析模型形式简洁、物理概念清晰，为电路模拟软件在研究新型双材料双栅结构器件时候，提供了一种快速的工具。
【专利说明】一种提取双材料双栅结构MOSFET亚阈值摆幅的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体【技术领域】，具体涉及一种提取双材料双栅结构金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)亚阈值摆幅的方法。
【背景技术】
[0002]随着集成电路芯片集成度不断提高，器件几何尺寸不断缩小，MOSFET器件已经逐步从平面结构向非平面立体结构发展。而在各类非传统平面器件结构中，双栅结构MOSFET的栅极控制能力强，能够更好抑制短沟道效应，降低器件的静待功耗。将双材料栅极MOSFET与双栅MOSFET结合，就能结合两者的优点，使得器件有更好的短沟道特性和性能。由于靠近漏端使用功函数较小的材料做栅，可以减小平带电压，增大有效栅压，可以减小漏端沿沟道方向电场，从而减小热载流子效应。由于以上优势，对这种双栅MOSFET结构创建解析模型变得尤为重要，并且其亚阈值摆幅提取模型日益受到工业界关注。传统体硅MOSFET亚阈值摆幅模型已经不再适合，这对于新型多栅纳米器件的建模与模拟带来了新的挑战。
[0003]亚阈值摆幅是MOSFET最为重要参数之一，它的定义为:亚阈值区域，电流每变化十倍，栅极偏压所需要变化量。为了使用电路模拟软件能够正确模拟电路特性，建立精确的亚阈值摆幅模型是非常重要的。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种方便、正确提取双材料双栅MOSFET亚阈值摆幅的方法。
[0005]本发明提供的提取双材料双栅MOSFET亚阈值摆幅的方法，关键是建立形式简洁、物理概念清晰，且精度高的双材料双栅MOSFET亚阈值摆幅解析模型。
[0006]本发明建立的双材料双栅结构MOSFET亚阈值摆幅解析模型，为电路模拟软件提供一种快速精确解析双栅结构模型。
[0007]具体步骤如下:
[0008](I)建立双材料双栅MOSFET
[0009]双材料双栅MOSFET与双栅MOSFET类似，中间是硅。沟道采用P型掺杂，源漏则采用η型重掺杂。栅极采用不对称的结构，其中一个栅极采用两种功函数不同的材料制备。为了得到阶梯型的沟道电势分布，材料M2采用功函数较小的η型重掺杂多晶硅(功函数为
4.17eV)，材料Ml则采用功函数较高的P型多晶硅(功函数为5.25eV)。两端栅极外接同样的偏压。
[0010]沟道长度为L 一端的栅极被划分为两个部分，分别对应两种功函数不同的栅极材料。材料Ml对应的长度为L1,材料M2对应的长度为L2, L = L1+!^材料Ml的功函数为
5.25eV，材料M2的功函数为4.17eV。tMl，tox2为前栅和背栅氧化层厚度，tsi为沟道厚度。
[0011](2)求解沟道电势的泊松方程，得到沟道电势
[0012] 沟道电势的泊松方程可以表示为:
【权利要求】
1.一种提取双材料双栅结构MOSFET亚阈值摆幅的方法，其特征在于具体步骤如下: (1)建立双材料双栅MOSFET 双材料双栅M0SFET，中间是硅，沟道采用P型掺杂，源漏采用η型重掺杂；栅极采用不对称的结构，其中一个栅极采用两种功函数不同的材料制备；第二种材料M2采用功函数较小的η型重掺杂多晶硅，第一种材料Ml则采用功函数较高的P型多晶硅；两端栅极外接同样的偏压； 沟道长度为Z —端的栅极被划分为两个部分，分别对应两种功函数不同的栅极材料；第一种材料Ml对应的长度为L”第二种材料M2对应的长度为L2, L=LAL2 ;第一种材料Ml的功函数为5.25eV，第二种材料M2的功函数为4.17eV -,toxl, 为前栅和背栅氧化层厚度，tsi为沟道厚度； (2)求解沟道电势的泊松方程，得到沟道电势 沟道电势的泊松方程表示为:
其中，q为电子电荷，Na为沟道的掺杂浓度，ε?为娃的介电常数，为沟道电势； 根据电场在沟道、氧化层交界面连续以及源、漏两端的电压，边界条件表示为:
其中，k?为内建电势，为漏源电压，分别为上栅和下栅氧化层单位面积电容，vGFF、Vgfb分别为上栅和下栅有效栅压；双栅材料的栅极采用两种功函数不同的材料来形成，(4)式中的Vgff为一个分段函数；定义rI = VfJiS/VffSF，r2 = m21 ^ ml ,并且代入式(5),边界条件重新表示为:
解的形式表示为:
其中《为整数，为待定系数； 将式(7)代入泊松方程(1)，得到:
其中，
式(8)的解为:
将式(9)代入边界条件(4)与(6)，然后作傅里叶展开，求出系数C；与马为:
这样，得到双材料双栅的沟道电势表达式； (3)建立双材料双栅MOSFET的亚阀值摆幅解析表达式 亚阈值摆幅定义为:
在亚阈值区域，双材料双栅MOSFET处于弱反型条件下，源漏电流压近似表示成:
@miti为z方'向的电势最小值；代人式(I5)，将亚_值^罢巾§的表达式改;写为:
其中，K =A5IV g, Is为波尔兹曼常数…力温度； 将沟道电势的结果代入(16)式，得到亚阈值摆幅的解析表达式为:
计算时，^可用沟道的有效导电路径％替代，也就是电荷的等效质心:
其中’
’ ni为本征载流子浓度’ yeif的表达式改写为:
【文档编号】G01R31/26GK104076266SQ201410300741
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】胡光喜, 向平, 刘冉, 郑立荣 申请人:复旦大学