7纳米GAAFET器件NBTI及HCI效应研究
发布时间：2022-01-11 01:14
当器件特征尺寸不断微缩至深纳米时,短沟道效应严重恶化了传统平面MOSFET器件的性能,非平面鳍式场效应晶体管（FinFET）成为了20纳米工艺节点以下普遍采用的器件。随着集成电路工艺技术持续进步,FinFET结构尺寸缩减进一步受到限制,环栅场效应晶体管（GAAFET）因其强栅控能力以及良好的短沟道抑制能力被广泛认为在5纳米工艺节点以下将取代FinFET。与此同时,可靠性问题一直是制约纳米器件和电路性能的关键,GAAFET的新结构和新工艺将会使得其可靠性出现新的特征。因此,研究GAAFET器件的可靠性并分析其失效机理对高性能、高可靠性集成电路设计至关重要。本文在分析深纳米级FinFET和GAAFET器件性能基础上,对GAAFET器件的NBTI和HCI效应进行了深入研究。论文主要工作如下:1)采用Sentaurus TCAD软件比较分析了5纳米和7纳米工艺节点下FinFET和GAAFET器件的静态、动态特性以及其可靠性特性。结果表明,增加GAAFET垂直堆叠的纳米线通道数可将器件驱动电流从12.844μA提高到40.318μA,DIBL和SS分别从47.11 mV/V和76.58 mV/d...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
垂直堆叠的纳米线GAAFET器件工艺流程图
9表中num代表GAAFET纳米线通道数。在相同工艺节点，FinFET和GAAFET器件总等效高度相同。GAAFET和FinFET器件横向截面图如图2.2所示。在给定的缩放长度下，通过调整GAAFET器件的沟道宽Wsi和沟道高Hsi来改变纳米线的宽高比AR=Wsi/Hsi。本章仿真的器件结构均遵循ITRS结构标准。两种工艺节点下器件的源漏极掺杂、沟道掺杂均相同分别为2e20cm-3、1e15cm-3，Spacer材料和栅电极材料也相同分别为Si3N4和TiN。不同工艺节点下不同器件结构的Ioff均小于100nA。表2.1器件结构参数器件结构参数正方形GAA圆形GAA矩形GAAFinFET工艺节点7nm5nm7nm5nm7nm5nm7nm5nmPitch(nm)555555//Pitch_Z(nm)55555555Wsi(nm)76761212.53.773.3Hsi(nm)767654num*(pitch+HGAA_si)num*(pitch+HGAA_si)Vdd（V）0.70.650.70.650.70.650.70.65图2.2（a）FinFET；（b）纳米线横截面形状为正方形、（c）圆形和（d）矩形GAAFET器件结构的二维截面图为了确保数据的准确性，本文对比了实验数据[56]和TCAD仿真模拟的
10Vds=50mV时转移特性曲线如图2.3所示。对比的实验数据来源于与本文具有相同沟道长度、掺杂浓度、栅氧化层厚度、缩放长度和纳米线截面形状均为方形的GAAFET。调整了器件的金属功函数和高斯掺杂分布使得n型GAAFET器件Vds=50mV时的转移特性曲线最终接近实验数据。图2.3GAAFETIds-Vgs仿真曲线和实验数据的对比图2.4展示了本文仿真的7nm节点n型GAAFET线性区转移特性曲线与5~7纳米节点纳米线形状为正方形的n型GAAFET与p型GAAFET的线性区和饱和区的Ids-Vgs特性。从图中可看出5纳米工艺节点的GAAFET器件具有更高的归一化电流。图2.45~7纳米节点n型和p型GAAFET在（a）线性坐标和（b）对数坐标中的Ids-Vgs曲线图2.5展示了5纳米和7纳米工艺节点下垂直堆叠的正方形横截面纳米线GAAFET器件通道数与亚阈值摆幅（SS）以及漏致势垒下降（DIBL）的关系。其中，SS从器件的饱和区特性曲线中提龋从图中可以看出，GAAFET结构在5纳米工艺节点下具有更低的DIBL和SS，且随着纳米线垂直堆叠通道数增多，
【参考文献】：
期刊论文
[1]中科院“Post-FinFET”纳米线器件集成研究获进展[J]. 科大. 军民两用技术与产品. 2015(19)
[2]SOINMOSFET沟道热载流子的应力损伤[J]. 郝跃,朱建纲,郭林,张正幡. 半导体学报. 2001(04)
博士论文
[1]低开销高可靠性电源门控SRAM设计[D]. 黄平.国防科学技术大学 2013
本文编号：3581786
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
垂直堆叠的纳米线GAAFET器件工艺流程图
9表中num代表GAAFET纳米线通道数。在相同工艺节点，FinFET和GAAFET器件总等效高度相同。GAAFET和FinFET器件横向截面图如图2.2所示。在给定的缩放长度下，通过调整GAAFET器件的沟道宽Wsi和沟道高Hsi来改变纳米线的宽高比AR=Wsi/Hsi。本章仿真的器件结构均遵循ITRS结构标准。两种工艺节点下器件的源漏极掺杂、沟道掺杂均相同分别为2e20cm-3、1e15cm-3，Spacer材料和栅电极材料也相同分别为Si3N4和TiN。不同工艺节点下不同器件结构的Ioff均小于100nA。表2.1器件结构参数器件结构参数正方形GAA圆形GAA矩形GAAFinFET工艺节点7nm5nm7nm5nm7nm5nm7nm5nmPitch(nm)555555//Pitch_Z(nm)55555555Wsi(nm)76761212.53.773.3Hsi(nm)767654num*(pitch+HGAA_si)num*(pitch+HGAA_si)Vdd（V）0.70.650.70.650.70.650.70.65图2.2（a）FinFET；（b）纳米线横截面形状为正方形、（c）圆形和（d）矩形GAAFET器件结构的二维截面图为了确保数据的准确性，本文对比了实验数据[56]和TCAD仿真模拟的
10Vds=50mV时转移特性曲线如图2.3所示。对比的实验数据来源于与本文具有相同沟道长度、掺杂浓度、栅氧化层厚度、缩放长度和纳米线截面形状均为方形的GAAFET。调整了器件的金属功函数和高斯掺杂分布使得n型GAAFET器件Vds=50mV时的转移特性曲线最终接近实验数据。图2.3GAAFETIds-Vgs仿真曲线和实验数据的对比图2.4展示了本文仿真的7nm节点n型GAAFET线性区转移特性曲线与5~7纳米节点纳米线形状为正方形的n型GAAFET与p型GAAFET的线性区和饱和区的Ids-Vgs特性。从图中可看出5纳米工艺节点的GAAFET器件具有更高的归一化电流。图2.45~7纳米节点n型和p型GAAFET在（a）线性坐标和（b）对数坐标中的Ids-Vgs曲线图2.5展示了5纳米和7纳米工艺节点下垂直堆叠的正方形横截面纳米线GAAFET器件通道数与亚阈值摆幅（SS）以及漏致势垒下降（DIBL）的关系。其中，SS从器件的饱和区特性曲线中提龋从图中可以看出，GAAFET结构在5纳米工艺节点下具有更低的DIBL和SS，且随着纳米线垂直堆叠通道数增多，
【参考文献】：
期刊论文
[1]中科院“Post-FinFET”纳米线器件集成研究获进展[J]. 科大. 军民两用技术与产品. 2015(19)
[2]SOINMOSFET沟道热载流子的应力损伤[J]. 郝跃,朱建纲,郭林,张正幡. 半导体学报. 2001(04)
博士论文
[1]低开销高可靠性电源门控SRAM设计[D]. 黄平.国防科学技术大学 2013
本文编号：3581786
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3581786.html
