一个适用于短沟HALO结构MOS器件直接隧穿栅电流模型.pdfVIP

第 27 卷 　第 7 期 半 　导 　体 　学 　报 Vol . 27 　No . 7 2006 年 7 月 C H IN ES E J O U RN AL O F S EM I CON D U C TO RS J uly ,2006 一个适用于短沟 HALO 结构 MOS 器件的 直接隧穿栅电流模型 赵 　要 　许铭真 　谭长华 (北京大学微电子学系 , 北京 　10087 1) μ μ 摘要 : 对沟道长度从 10 m 到 0 13 m ,栅氧化层厚度为 25n m 的 HAL O 结构 n M OS 器件的直接隧穿栅电流进行 了研究,得到了一个适用于短沟道 HAL O 结构 M OS 器件的直接隧穿栅电流模型. 随着沟道尺寸的缩短 , 源/ 漏扩 展区占据沟道的比例越来越大 ,源漏扩展区的影响不再可以忽略不计. 文中考虑了源/ 漏扩展区对直接隧穿栅电流 ( ) ( μ ) 的影响,给出了适用于不同 HAL O 掺杂剂量的超薄栅 2～4n m 短沟 0 13～025 m n M OS 器件的半经验直接隧 穿栅电流模拟表达式. 关键词 : M OS 器件; HAL O 结构; 直接隧穿电流; 源/ 漏扩展区 EEACC : 0 170N ; 2560 R 中图分类号 : TN 386 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 02534 177 (2006) 1 　引言 2 　直接隧穿栅电流成分 随着栅氧化层厚度减薄 , 直接隧穿栅电流取代 直接隧穿栅电流是能量低于界面势垒高度的载 FN 隧穿 电流成为栅漏 电流 的主导成分[ 1] . 即使 流子直接隧穿栅氧化层形成的. 图 1 给出了 MO S M OS 晶体管的工作电压同时降低 , 直接隧穿栅电流 器件隧穿栅电流的成分. 长沟道器件中 ,主要考虑栅 的增加也会导致不可承受的集成电路功耗[ 2 ] . 因此 , 与衬底之间的直接隧穿电流 , 比如 ,在 n + 多晶硅栅 直接隧穿栅电流成为影响集成电路可靠性的一个重 的 nMO S 器件中 , 当栅压使得衬底强反型时 ,直接 要问题. 得到简单 、精确并广泛适用的直接隧穿栅电 隧穿栅电流以电子从衬底导带隧穿到栅导带为主 , μ 流模型成为 0 13 m 集成电路设计模拟中一个亟待 衬底空穴价带隧穿电流可以忽略. 解决的重点问题. 目前已经有研究者提出了不同类型的直接隧穿 栅电流模型[ 1～8 ] . Dep a s , Regi st er 和 Hu 等人建立 了直接隧穿栅电流解析模型[ 1 ,3 ,4 ] . Choi 等人给出了 引入隐含表面势和量子力学修正的直接隧穿栅电流 模型[ 5 ] . 还有一些研究者用量子力学模型来模拟直 接隧穿栅电流[2 ,6～8 ] . 这些直接隧穿电流模型一般适 μ 用于栅面积较大的 MO S 器件 ,能否适应于 0 13 m HAL O 结构 MO S 器件尚缺乏相关的研究. 图 1 　直接隧穿栅电流的成分 　I gc 为栅极与衬底间的直接隧 本文首先对 HAL O