本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术方法物理概念清晰，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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体集成电路
，具体设及=栅结构金属-氧化物-半导体 场效应晶体管（M0SFET)的电势和亚阔值摆幅的快速提取方法。
技术介绍
随着集成电路技术的不断发展，器件尺寸不断减小，传统的M0S阳T面临着短沟道 效应等一系列问题，因此研究新的器件结构就显得十分重要。S栅FinFET则是一种比较理 想的器件结构，栅极控制能力强，能抑制短沟道效应，优化亚阔值摆幅，从而有更低的功耗。 对于该种新型结构的器件，在被实际应用之前，必须能够快速、准确提取它的关键参数，如 沟道电势、亚阔值摆幅等，使之用于电路分析和电路仿真中，对电路功能验证、设计优化起 到不可或缺的作用。 亚阔值摆幅SS是M0SFET最为重要的参数之一，定义为：在源漏电压固定的情况 下，器件处于亚阔值区域时电流每变化一个数量级所需的栅压的改变量。要了解器件的开 关特性，建立精确的亚阔值摆幅模型是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种物理概念清晰、计算方便、精度很高的S栅FinFET电势 和亚阔值摆幅的提取方法。 本专利技术首先构建S栅SOI Fin阳T的电势和亚阔值摆幅解析模型，为S栅SOI FinFET的电势和亚阔值摆幅参数的提取提供一种快速、便捷、准确的方法。 1.首先构建S栅SOIFin阳T的电势解析模型猫；SOI的中文名为绝缘衬底上的 娃，英文全称为SiliconHDn-Insulator，Fin阳T的中文名为罐栅场效应管，英文全称为Fin Field-EffectTransistor) 对于全耗尽S栅Fin阳T，当工作在亚阔值区域时，器件还没有达到强反型，此时电势 分布由固定电荷决定，载流子的影响可W忽略。对于n型器件，沟道的电势分布由=维泊松 方程W及边界条件得出：(1) 为了使计算的复杂度能够控制在可W处理的范围内，我们对边界条件进行简化，将氧 化层归一化到沟道娃介质中。其中例X，义Z)为沟道电势，每为娃的介电常数，i吃为沟道参杂浓度，和7；_^是顶栅 和侧栅的氧化层厚度，/耗和哈。分别为沟道高度和宽度，是氧化层的介电常数。 同时由于埋氧层的厚度很大，较小的电压降在埋氧层引起的电场是很小的，可W 忽略不计。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：其中为内建电势，为漏端电压，为栅压，为平带电压，巧3沟道长度，W若和 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，可W用如下条件 替换：(10) 根据边界条件（4)和巧），我们假设沟道方向的电势分布可W表示为级数的和的形式， 如下所示；其中秦3二马^，n为正整数。将^用傅里叶级数展开：(13) 其中，则可知4从句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：将等号右边F口 -F巧-杞' -%x按傅里叶级数展开； (15) (16)(17) 其中堀=嘉I惦-巧-&犯-(-饥+ 泣(-护K从而可得'屯沁2)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A化却从而得到电势的解析表达式：2.构建S栅SOIFin阳T的亚阔值摆幅解析模型。 沟道处于弱反型时即栅压小于阔值电压时候，漏极电流不为零。此时流过沟道的 电流为亚 阔值电流。当器件工作在亚阔值区的情况下，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W扩散输运为主。根据源漏电流正比于虚阴极 X=X。处的电子浓度〇佑，化句，电流密度可W表示为： (23) 其中A是扩散系数，A= 是电子有效迁移率。器件工作在亚阔值区，我们可 W用波尔兹曼统计代替费米-狄拉克统计。当渗杂浓度巧较大时(大于IxloUcm^ )，才需 要考虑费米-狄拉克统计。该样我们得到虚阴极的电子浓度为：(24) 其中为本征载流子浓度，而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，总的亚阔值电流为：将之前的电势解析表达式代入上式，便得亚阔值电流表达式。 亚阔值摆幅（即亚阔值斜率城是表征亚阔值区域的一个重要物理参数。其物理 意义为从导通电流减小到截止电流时，电流每变化一个数量级所要求的栅压变化量，体现 器件的开关性能，越小器件的开关特性越好。根据亚阔值摆幅定义：3.通过上述电势的解析式（20)、（21)、（22)，即可方便、快速、准确地提取沟道电势参 数。 根据上述亚阔值摆幅5'5的解析表达式（29)，即可方便、快速、准确地提取沟道亚 阔值摆幅参数。 可W看出亚阔值摆幅只与Z，哈.。，毎,。，及心有关。（"Vc，Zf)可W被 认为是Fin横截面中泄漏电流最大处的等效位置，由于器件结构的对称性，馬=0，在考 虑亚阔值摆幅时，可^将2<当做拟合参数。观察到当将设为毎j./3,结果与模拟得到的 结果符合较好。【附图说明】[001引 图1为S栅Fin阳T的结构图。图2为亚阔值条件下Fin阳T沿沟道方向电势分布。图3为亚阔值条件下Fin阳T沿宽度方向电势分布。 图4为不同Ff,。下，亚阔值摆幅随栅长变化关系图。 图5为Z=40皿时，不同Ff,。下，亚阔值摆幅随毎i。的变化关系。[001引图6为本专利技术方法流程图示。【具体实施方式】 本专利技术将解析模型数值计算结果与TCAD仿真软件仿真结果进行了比较。考虑到 实际情况，在图4中，选取器件沟道宽度为10、20、30纳米，器件长度分别为30、40、50、60、 70、80、90W及100纳米，顶栅和侧栅氧化层厚度为2纳米，计算结果与仿真结果相比较。在 图5中，选取器件长度为40纳米，厚度为10、20、30纳米，罐沟道高度为10、20、30、40、50、60 纳米，计算结果与仿真结果相比较。计算时，级数求和取前20项，已经能够得到足够精确的 数据，解析模型与软件模拟结果吻合得很好。 可W看到，利用本专利技术，能够快速、准确提取它的沟道电势和亚阔值摆幅该两个关 键参数，从而实现快速地对设计出的集成电路功能进行验证，该对电路设计优化、行为仿真 都具有重要的意义。【主权项】1. 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：对边界条件进行简化，将氧化层归一化到沟道硅介质中：其中，多为沟道电势，&为硅的介电常数，Fa为沟道参杂浓度，7@和Zm2是顶 栅和侧栅的氧化层厚度，//@和分别为沟道高度和宽度，6#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：其中，匕为内建电势，匕为漏端电压，&为栅压，&为平带电压，Z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：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：将上式代入泊松方程（1)，得：qNa 其中it 为正整数；将^用傅里叶级数展开： n L· Ssi将式（11)代入剩下的边界条件，得：将等号右边Fgs - 按傅里叶级数展开：(17) 其中，得=i 4 -仏) + ^(-1)1，得.4办2)的边界条件：(本文档来自技高网...
【技术保护点】
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，为沟道参杂浓度，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。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡光喜，向平，刘冉，郑立荣，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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