非对称Halo异质栅应变SiSOIMOSFET的.PDFVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 15 (2013) 158502 非对称Halo 异质栅应变Si SOI MOSFET 的 二维解析模型* † 辛艳辉 刘红侠 范小娇 卓青青 ( 西安电子科技大学微电子学院, 宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室, 西安 710071 ) ( 2013 年3 月1 日收到; 2013 年4 月2 日收到修改稿) 为了进一步提高深亚微米SOI (Silicon-On-Insulator) MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 的电流驱动能力, 抑制短沟道效应和漏致势垒降低效应, 提出了非对称Halo 异质栅应变Si SOI MOSFET. 在沟道源 端一侧引入高掺杂Halo 结构, 栅极由不同功函数的两种材料组成. 考虑新器件结构特点和应变的影响, 修正了平带 电压和内建电势. 为新结构器件建立了全耗尽条件下的表面势和阈值电压二维解析模型. 模型详细分析了应变对表 面势、表面场强、阈值电压的影响, 考虑了金属栅长度及功函数差变化的影响. 研究结果表明, 提出的新器件结构能 进一步提高电流驱动能力, 抑制短沟道效应和抑制漏致势垒降低效应, 为新器件物理参数设计提供了重要参考. 关键词: 非对称Halo, 异质栅, 应变Si, 短沟道效应 PACS: 85.30.De, 85.30.Hi, 85.35.−p DOI: 10.7498/aps.62.158502 工艺与常规的硅工艺有良好的兼容性而被广泛的 1 引言 研究7−9 . 本文将栅工程、沟道掺杂工程和应变工程相 随着MOSFET 的尺寸不断缩小, 已经进入了 结合, 提出了非对称Halo 异质栅应变Si SOI MOS- 纳米时代. 然而, 随着器件沟道长度的缩小, 一些影 FET 新结构. 采用分区的抛物线电势近似法和通用 响器件特性的效应如短沟效应(short channel effect, 边界条件求解二维泊松方程, 结合新器件结构的特 SCE)、漏致势垒降低(drain induced barrier lower- 点和应变的影响, 对平带电压和内建电势进行了修 ing, DIBL) 效应、热载流子效应(hot carrier effect, 正, 建立了全耗尽条件下的表面势和阈值电压二维 HCE) 等更加明显. 因此, 异质栅SOI MOSFET 似 模型. 模型分析了弛豫SiGe 层的Ge 组分、金属栅 乎是一种极具应用前景的器件. 异质栅技术将不同 长、栅功函数差的影响, 为器件设计提供了有价值 功函数的材料进行拼接形成栅极, 在沟道电势中引 的参考. 最后, 对新结构器件与常规SOIMOSFET 入阶梯分布, 提高载流子的输运速度1−3 . 然而, 当 性能进行了对比研究. 器件缩小到100 nm 以下时, DMG SOI MOSFET 的 DIBL 效应比较明显. 已有报道表明, Halo 结构可以 2 器件结构和应变量修正 抑制源- 漏穿通效应, 减小阈值电压降低幅度, 提 45 图1 为非对称Halo 异质栅应变Si SOI MOS- 高载流子输运效率 . 在沟道靠近源/漏端引入高 掺杂区可以有效地抑制DIBL 效应, 在很大程度上 FET 结构示意图. 图中t , t