[发明专利]一种三栅FinFET电势和亚阈值摆幅的提取方法

摘要

本发明属于半导体集成电路技术领域，具体为一种三栅FinFET电势和亚阈值摆幅的提取方法。本发明首先根据沟道电势分布的三维泊松方程，构筑合适的边界条件，建立沟道的电势分布的解析模型；然后根据三栅FinFET的电势分布，根据器件工作在亚阈值区的情况下，沟道表面电势、电场状况，建立亚阈值电流解析模型，并由此得到亚阈值摆幅的解析模型；然后根据获得的电势分布的解析模型和亚阈值摆幅的解析模型，快速、准确、方便地计算得到三栅FinFET电势和亚阈值摆幅。本发明方法物理概念清晰，易于计算，且计算精度高，为新型三栅FinFET器件的关键参数提取提供了一种有效的解决办法。

主权项

一种三栅 SOI FinFET的电势参数和亚阈值摆幅的提取方法，其特征在于具体步骤如下：（1）首先构建三栅SOI FinFET的电势解析模型对于n型器件，沟道的电势分布由三维泊松方程以及边界条件得出：（1）对边界条件进行简化，将氧化层归一化到沟道硅介质中：(2)(3)其中，为沟道电势，为硅的介电常数，为沟道掺杂浓度，Tox1和Tox2是顶栅和侧栅的氧化层厚度，Hfin和Wfin分别为沟道高度和宽度，εox是氧化层的介电常数；假设沟道与埋氧层界面处的电场为零，简化后的边界条件为：(4)(5)(6)(7)(8)(9)其中，为内建电势，为漏端电压，为栅压，为平带电压，L为沟道长度，和为有效沟道宽度和高度；式(9)所表示的沟道底部界面处边界条件，用如下条件替换：(10)根据边界条件(4)和(5)，把沟道方向的电势分布表示为级数的和的形式，如下所示：(11)将上式代入泊松方程(1)，得：(12)其中，n为正整数；将用傅里叶级数展开：(13)其中，，可知满足如下二维偏微分方程：(14)将式(11) 代入剩下的边界条件，得：(15)(16)将等号右边按傅里叶级数展开：(17)其中，，得的边界条件：(18)(19)最后利用泊松方程二维特征函数的方法，将作为微分方程(14)的二维特征函数，解得，从而得到电势的解析表达式：(20)(21)(22)（2）构建三栅SOI FinFET的亚阈值摆幅解析模型当器件工作在亚阈值区的情况下，在弱反型时沟道表面电势近似为常数，因此沟道方向电场近似为零，源漏电流以扩散输运为主；根据源漏电流正比于虚阴极处的电子浓度，电流密度表示为：(23)其中，是扩散系数，，是电子有效迁移率；器件工作在亚阈值区，用波尔兹曼统计代替费米‑狄拉克统计，当掺杂浓度大于时，才考虑费米‑狄拉克统计，这样得到虚阴极的电子浓度为：(24)其中，为本征载流子浓度，为沿沟道方向电势最小值位置；将电流密度沿横截面YZ平面积分，总的亚阈值电流为：(25)将之前的电势解析表达式代入上式，便得亚阈值电流表达式；根据亚阈值摆幅SS定义：(26)(27)化简后得(28)将的表达式代入，得：(29)其中，，（3）通过上述电势的解析式（20）、（21）、（22），即方便、快速、准确地提取沟道电势参数；根据上述亚阈值摆幅SS的解析表达式（29），即方便、快速、准确地提取沟道亚阈值摆幅参数。