金属栅功函数变异对新型集成纳米器件影响的研究

发布时间：2021-02-10 00:02

　　在过去的几十年中,互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS）工艺主导了主流的硅基集成电路技术。随着CMOS集成电路进入纳米尺度,工作频率和集成度都达到前所未有的水平。然而,在制造过程中原子层级的工艺过程随机变异引起的影响也急剧增加。尤其是当45nm技术节点之后,金属栅极的使用引入了金属功函数变异。这导致了集成电路中相同设计的所有金属-氧化物半导体场效应晶体管（Metal-OxideSemiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）上的总体功函数都不尽相同。因此,这种工艺随机变化带来的影响对集成电路的制造性能和成品率提出了巨大挑战。本论文主要借助Sentaurus TCAD仿真软件对纳米CMOS器件进行电学特性的数值仿真与统计分析,并进一步探索新型CMOS器件结构对随机行为的影响。这些仿真与结果将很好为新型纳米CMOS集成器件和电路的设计和制造提供参考和借鉴。论文的主要研究内容安排如下。本文第一部分针对目前的研究现状和不足,根据平均晶粒尺寸与栅极面积之比的概念,建立了器件结构模型... 

【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省

【文章页数】：55 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

Sentaurus工具3D器件仿真流程图

18杭州电子科技大学硕士学位论文结构的金属栅极材料，它们的金属功函数与金属晶粒取向之间的关系为：当晶粒取向为概率60%的<100>时，功函数为4.6eV；当取向为概率40%的<111>时，功函数为4.4eV。图3.1(a)GAANWFET和(b)JLFinFET的功函数随机波动的仿真示意图3.3各项电学特性的定义3.3.1阈值电压正常情况下，栅电压产生的电场控制着MOSFET源端和漏端之间的沟道区内载流子的产生。使沟道区源端形成强反型时的栅源电压定义为阈值电压。阈值反型点的定义为：对于p型器件当表面势=2时或对于n型器件当表面势=2时的器件状态。以NMOS为例，形成反型层时沟道如图3.2所示。在金属栅极加上正电压，电场从上至下的穿入半导体，作为多子的空穴就会被推离氧化物-半导体界面。空穴被推离界面，由于固定不动的被离化了的受主原子的存在，一个负的空间电荷区就形成了。图3.2正栅压偏置且存在电子堆积层的NMOS电容器加正偏栅压时的MOS结构能带图将会有一定层度的弯曲。所加的电压，通过栅氧化层的势差和表面势将发生变化，可以写为：=+=++(3.5)在阈值点，定义=，其中是产生电子反型层电荷的阈值电压。在阈值点表面势=2，因此式可以写成：=+2+(3.6)其中，是与金属上电荷和栅氧化层电容相关的：=′,′为栅金属上的

18杭州电子科技大学硕士学位论文结构的金属栅极材料，它们的金属功函数与金属晶粒取向之间的关系为：当晶粒取向为概率60%的<100>时，功函数为4.6eV；当取向为概率40%的<111>时，功函数为4.4eV。图3.1(a)GAANWFET和(b)JLFinFET的功函数随机波动的仿真示意图3.3各项电学特性的定义3.3.1阈值电压正常情况下，栅电压产生的电场控制着MOSFET源端和漏端之间的沟道区内载流子的产生。使沟道区源端形成强反型时的栅源电压定义为阈值电压。阈值反型点的定义为：对于p型器件当表面势=2时或对于n型器件当表面势=2时的器件状态。以NMOS为例，形成反型层时沟道如图3.2所示。在金属栅极加上正电压，电场从上至下的穿入半导体，作为多子的空穴就会被推离氧化物-半导体界面。空穴被推离界面，由于固定不动的被离化了的受主原子的存在，一个负的空间电荷区就形成了。图3.2正栅压偏置且存在电子堆积层的NMOS电容器加正偏栅压时的MOS结构能带图将会有一定层度的弯曲。所加的电压，通过栅氧化层的势差和表面势将发生变化，可以写为：=+=++(3.5)在阈值点，定义=，其中是产生电子反型层电荷的阈值电压。在阈值点表面势=2，因此式可以写成：=+2+(3.6)其中，是与金属上电荷和栅氧化层电容相关的：=′,′为栅金属上的


本文编号：3026448