The invention discloses a modeling method for suppressing random doping effect in negative capacitance field-effect transistor. This method provides the section structure of NC_MOSFET, and adds a layer of hafnium oxide (HfO) as ferroelectric material on the metal gate of traditional MOSFET to realize the integrated fabrication of negative capacitors. The series equivalent capacitance model of NC_MOSFET is established. The mathematical relationship between the performance parameters of the device and the negative capacitance is analyzed. The voltage of the internal gate is deduced according to the principle of capacitor voltage dividing. The mechanism of internal voltage amplification is clarified. The standard deviation, skewness and kurtosis of CEQ, IDNC, SSNC and DIBLNC are calculated to suppress R. The principle analysis and modeling of DE effect.
【技术实现步骤摘要】
一种负电容场效应晶体管中抑制随机掺杂效应的建模方法
本专利技术属于半导体集成器件设计及电子设计自动化领域,涉及一种负电容场效应晶体管中抑制随机掺杂效应的建模方法。
技术介绍
随着MOSFET器件技术节点的持续缩小,纳米尺度互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路芯片诸多挑战。物联网和可穿戴设备等应用电子产品希望功耗尽量小,以延长电池寿命和节约能源,但是遇到的一个严重问题是芯片层面的功耗密度却急剧增加。其原因是MOSFET的电源电压本来应该随着技术节点的缩小而降低。然而,由于受到电源电压应大于MOSFET器件阈值电压的限制,电源电压缩放被限制到近阈值区域,一般就很难小于0.7V。这种限制是因为传统MOSFET的亚阈值斜率SS>60mV/decade的限制,使得器件的阈值不能按比例持续降低。为了解决这一问题,使用负电容场效应晶体管(NC-MOSFET)减小m因子,来达到减小SS至小于60mV/decade的情况,由于这个方法只需要在传统的MOSFET栅极上面通过铁电材料增加一个负电容,与原来的工艺技术可以较好的兼容,且工艺成本较低,被学术界和工业界认为是极好的解决功耗问题的方案。但是,为了将该器件做成集成电路芯片,需要对其性能进行建模和仿真分析,这就要用到等效电路模型。此外,NC-MOSFET器件也同样受到原有MOSFET器件工艺波动引起的器件和电路性能变化影响,导致集成电路芯片性能和成品率降低。随机掺杂波动效应(RDE)是纳米MOSFET最重要的内在变异源之一,它对NC-MOSFET中RDE效应的影响还没有被阐述。
技术实现思路
针对现有技术的不足,本专利技术提 ...
【技术保护点】
1.一种负电容场效应晶体管中抑制随机掺杂效应的建模方法,其特征在于:计算具体工艺技术节点MOSFET器件掺杂浓度的标准偏差,通过集成电路器件及电路仿真软件HSPICE,扫描栅电压VGS,使其在0V至1V之间变化,并进行蒙特卡洛仿真,在不同栅电压下各产生5000个样本数据;通过HSPICE软件,提取MOSFET的栅极电容CG,漏源电流ID,亚阈斜率SS,及阈值电压VT随VGS变化的均值、标准差、偏度和峰度,估计随机掺杂效应对MOSFET器件参数影响的程度;选取氧化铪作为铁电材料,取其剩余极化值在1μC/cm2至5μC/cm2之间,矫顽电场在0.5MV/cm至1.0MV/cm之间,并使得该材料膜的厚度TFE在5nm‑25nm之间,制作一个与MOSFET匹配的电容器,上述参数可以保证该电容器工作在负电容模式且不出现滞回效应;根据公式
【技术特征摘要】
1.一种负电容场效应晶体管中抑制随机掺杂效应的建模方法,其特征在于:计算具体工艺技术节点MOSFET器件掺杂浓度的标准偏差,通过集成电路器件及电路仿真软件HSPICE,扫描栅电压VGS,使其在0V至1V之间变化,并进行蒙特卡洛仿真,在不同栅电压下各产生5000个样本数据;通过HSPICE软件,提取MOSFET的栅极电容CG,漏源电流ID,亚阈斜率SS,及阈值电压VT随VGS变化的均值、标准差、偏度和峰度,估计随机掺杂效应对MOSFET器件参数影响的程度;选取氧化铪作为铁电材料,取其剩余极化值在1μC/cm2至5μC/cm2之间,矫顽电场在0.5MV/cm至1.0MV/cm之间,并使得该材料膜的厚度TFE在5nm-25nm之间,制作一个与MOSFET匹配的电容器,上述参数可以保证该电容器工作在负电容模式且不出现滞回效应...
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