抬高与凹陷源漏结构UTB+SOI器件的输运特性研究.pdfVIP

抬高和凹陷源漏结构UTB SOI 器件的输运 特性研究 陈思1,2 ，竺明达2 ，杜刚2 1. 北京大学深圳研究生院，深圳 518055 2. 北京大学微电子学研究院，北京 100871 摘要：已有的研究结果表明，抬高源漏和凹陷源漏结构对于减小UTB SOI 器件串联电阻有较好效果，但对 这两种结构中开态下载流子输运影响的研究很少。本文采用全能带蒙特卡罗器件模拟方法对抬高源漏和凹 陷源漏结构的UTB SOI 开态情况下载流子输运及器件特性进行了模拟，结果显示在高场下抬高源漏比凹陷 源漏器件漏端的载流子能量低，因此有利于抑制热载流子进入氧化层引起的可靠性问题。 关键词：UTB ；抬高源漏；凹陷源漏；输运特性 1．引言 当器件特征尺寸进入到纳米尺度，超薄体(UTB)SOI 器件逐渐显示出其优越性，被ITRS Roadmap 列为适于纳米尺度MOS 器件较有潜力的非传统器件结构之一。由于UTB SOI 器 件超薄硅膜的全耗尽结构切断了漏电途径，大大降低了关态泄漏电流，可以有效地抑制短沟 效应以及DIBL 效应，获得接近理想的亚阈值特性[1] 。但另一方面，由于很薄的硅膜无法提 供良好的源漏接触，使得UTB SOI 器件的源漏串联电阻较大，如果不采取措施降低源漏串 联电阻，将会导致驱动电流显著下降。一个可行的解决方法是采用抬高源漏结构以便于形成 可靠的源漏接触，从而减小源漏串联电阻[2] 。为进一步减小寄生效应，又提出了凹陷源漏结 构[3] 。 针对抬高源漏和凹陷源漏结构UTB SOI 器件已有许多相关研究，包括制备方法和源漏 区串联电阻、短沟效应等[4] 。但针对其输运特性的研究相对较少。本文采用Monte Carlo 方 法对以上两种结构进行器件模拟，着重对高场下的输运性质进行比较和分析，同时对相关模 拟结果也进行了讨论。 2 ．器件结构和模拟参数 图1 给出了用于Monte Carlo 模拟的器件结构示意图。在模拟中，根据程序需要对很多 情况进行了理想简化，例如：沟道掺杂和源漏区掺杂均为均匀掺杂；各不同区域均是以矩形 为基础的规则形状；不同区域的边界部分是理想突变的，不存在过渡区，等等。 对于器件结构的选取,我们尽量使得两种结构的电学特性相近.用于模拟的结构具体参数 本论文由国家自然科学基金 资助。 陈思，女，硕士研究生，E-mail: chensi@ime.pku.edu.cn. 竺明达，男，硕士研究生，E-mail: nathanzhu@pku.edu.cn. 杜刚，男，博士，副教授，E-mail: gang_du@ime.pku.edu.cn. 如下：沟道长度130nm，掺杂浓度3×1016cm-3 ，硅膜厚度32.5nm，栅氧化层厚度1.8nm，栅 与抬高的源漏部分由侧墙氧化层隔离，侧墙宽度35nm，抬高或凹陷的源漏区高度50nm(抬 高源漏或凹陷源漏结构的源漏总结深均为82.5nm)，源漏掺杂5 ×1019cm-3, 器件模拟过程中， 源漏区电极分别加在定义为硅的源区和漏区，栅电极则直接加在栅氧化层上，而不需要定义 多晶硅栅。对于抬高源漏结构，同时还要在侧墙氧化层上加栅电极。该结构的坐标(0,0)点位 于栅氧化层与硅膜界面的中间处，向右为y 增大方向，向下为x 增大方向。 图1 用于模拟的UTB SOI 器件剖面结构 (a)抬高源漏 (b)凹陷源漏 论文使用的器件模拟平台为一二维全能带蒙特卡罗器件模拟平台[5,6] ，能带结构包含四 个价带，三个导带；散射类型考虑了电离杂质散射，声子散射，碰撞电离，和界面粗糙散射。 3 ．模拟结果及分析 图2 给出了抬高源漏和凹陷源漏两种结构的输出特性。分别取Vg=1.5V 和1.0V ， Vd=1.5V ，1.3V，1.1V，0.9V，0.7V，0.5V，0.3V 和0.1V，对两种结构逐点进行Monte Carlo 模拟，达到稳定后得到各点Id ，得到每种结构的两条输出特性曲线。由于除源漏之外的所 有结构及其参数都定义为一致，所以二者的输出特性非常接近。 1.2