纳米片环栅场效应晶体管金属功函数波动电路仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米片环栅场效应晶体管金属功函数波动电路仿真方法，属于微电子器件领域。该电路仿真方法首先基于BSIM

【技术实现步骤摘要】
纳米片环栅场效应晶体管金属功函数波动电路仿真方法


[0001]本专利技术属于微电子器件领域，具体涉及一种纳米片环栅场效应晶体管金属功函数波动电路仿真方法。

技术介绍

[0002]一方面，环栅场效应晶体管目前的研究热点之一。相较于FinFET而言，环栅场效应晶体管具有更加优越的性能，其栅材料围绕着立体的沟道区域，能够更好地抑制短沟道效应实现更好的开关比并且在沟道中载流子能够沿着准一维的弹道进行传输能够更好地提高器件的驱动电流。在3nm技术节点下，环栅场效应晶体管将成为研究的主流器件。
[0003]但另一方面，因为环栅场效应晶体管的制备工艺变得更加复杂，器件中随机涨落的影响变得更加需要重视。器件的随机涨落是由于器件制备过程中，不可避免的工艺不确定性带来的器件电学特性影响，例如阈值电压等参数的涨落。在环栅场效应晶体管中，随机涨落源主要有金属功函数波动(WFV)、线边缘粗糙度(LER)、线宽度边缘粗糙度(LWR)。对于金属功函数波动来说，目前已有有效的集约模型，该模型将WFV的影响看作是对器件有效功函数的影响，根据金属晶粒的直径D、器件栅面积S、晶粒的功函数分布得到器件有效功函数的涨落大小。目前应用于平面MOSFET和FinFET的金属功函数波动的仿真无法直接应用于环栅场效应晶体管，主要是由于环栅场效应晶体管的结构更加复杂，原本的公式无法直接套用，需要进行修正，其次对于每个不同栅长的环栅场效应晶体管都需要做单独集约模型提取，耗费大量时间，而使用同时校准多个栅极长度器件的全局模型能够有效的解决这个问题。
[0004]正确地研究器件金属功函数波动对提升器件电学性能稳定性，以及评估器件电路性能非常重要。而目前大部分金属功函数波动研究所使用的TCAD仿真存在速度慢并且成本高的问题，所以建立准确的同时具有可预测性的金属功函数波动电路模拟仿真方法是十分必要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于可预测性集约模型的针对环栅场效应晶体管中金属功函数波动的电路仿真方法，该方法能够准确地得到的器件特性涨落影响，与目前使用的TCAD仿真相比速度快，且仿真得到的结果与TCAD精度一致，误差小。
[0006]实现本专利技术目的的具体技术方案是：
[0007]一种纳米片环栅场效应晶体管金属功函数波动电路仿真方法，该方法包括如下步骤：
[0008]1)基于BSIM
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CMG模型对纳米片环栅场效应晶体管进行全局参数提取，得到所有Target在工业误差范围内并能够应用于一系列沟道长度Lg变化的器件的全局模型及关键参数PHIG；
[0009]2)修正关键参数PHIG；金属功函数波动主要影响BSIM
‑
CMG模型中的核心参数
PHIG，利用公式
[0010]μ(PHIG)＝PHIG
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(1)
[0011][0012]分别得到金属功函数影响下PHIG涨落的均值和方差，其中公式中PHIG为已提取好的全局模型中无波动下的核心参数PHIG，为有效功函数的涨落，能够直接反映在PHIG的变化上；D为金属晶粒的直径，nstack为纳米片的层数，W为沟道宽度，L为沟道长度，为金属栅材料两种晶向对应的功函数之差，使用金属TiN<100>和<111>所对应的功函数之差，根据对晶粒统计分布的结果，两种晶向的比例为60％和40％，分别对应公式中晶向比例p1和1
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p1的值；μ(PHIG)为PHIG涨落的均值，σ(PHIG)为PHIG涨落的标准差；所使用的计算公式修正了器件栅面积的算法，与目前已有的金属功函数波动计算公式相比更加贴和纳米片环栅场效应晶体管的结构；
[0013]3)将全局参数提取得到的全局模型以及PHIG涨落的均值和方差嵌入到电路仿真软件的仿真网表中，用电路仿真软件进行电路仿真，得到金属功函数波动影响下的器件漏极电流随栅极电压变化关系曲线Id
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Vg图。
[0014]本专利技术不同于目前的金属功函数波动电路仿真方法所使用的都是单一长度集约模型，而使用的是基于BSIM
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CMG模型的全局模型，可以将同一个模型用于仿真多个栅长的器件，而不用针对每一个长度分别做集约模型提取。
[0015]本专利技术计算核心参数PHIG时，针对纳米片环栅场效应晶体管的结构修正了金属功函数波动主要影响值PHIG的方差计算公式，由nstack
·
W
·
L来计算面积，使结果更加接近真实器件金属功函数波动结果。
[0016]本专利技术能够准确地得到的器件特性涨落影响，与目前金属功函数波动研究所使用的TCAD仿真相比速度快，且仿真得到的结果与TCAD精度一致，误差小。而与之目前已有的金属功函数波动电路仿真方法相比，本专利技术要更加适用纳米片环栅场效应晶体管，并且采用了全局模型而非单一长度集约模型，更加快捷高效。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的流程示意图；
[0018]图2为本专利技术使用的环栅场效应晶体管的三维结构；
[0019]图3为本专利技术使用的环栅场效应晶体管沿y方向剖面图；
[0020]图4为本专利技术全局模型提取流程示意图；
[0021]图5为加入金属功函数波动用传统TCAD和本专利技术用Hspice在金属颗粒直径为3nm下仿真器件电路特性得到的饱和区阈值电压Vtsat对比图；
[0022]图6为加入金属功函数波动用传统TCAD和本专利技术用Hspice在金属颗粒直径为3nm下仿真器件电路特性得到的线性区阈值电压Vtlin对比图；
[0023]图7加入金属功函数波动用传统TCAD和本专利技术用Hspice在金属颗粒直径为3nm下仿真器件电路特性得到的饱和区亚阈值摆幅SS随饱和区阈值电压Vtasat变化对比图；
[0024]图8加入金属功函数波动用传统TCAD和本专利技术用Hspice在金属颗粒直径为3nm下仿真器件电路特性得到的开启电流Ion随饱和区阈值电压Vtsat变化对比图；
[0025]图9加入金属功函数波动用传统TCAD和本专利技术用Hspice的仿真器件电路特性得到的金属颗粒直径分别为3nm，5nm，7nm，10nm下饱和区阈值电压Vtsat的波动标准差变化对比图；
[0026]图10为加入金属功函数波动用传统TCAD和本专利技术用Hspice的仿真器件电路特性得到的金属颗粒直径分别为3nm，5nm，7nm，10nm下开启电流Ion的波动标准差变化对比图。
[0027]具体实施方法
[0028]下面将通过实施例并结合附图，详细描述本专利技术的电路仿真方法。
[0029]本专利技术的一种纳米片环栅场效应晶体管金属功函数波动电路仿真方法，包括如下步骤：
[0030]1)基于BSIM
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CMG模型对纳米片环栅场效应晶体管进行全局参数提取，得到所有Target符合产业界误差要求的全局模型，将无波动的模型卡嵌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米片环栅场效应晶体管金属功函数波动电路仿真方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：1)基于BSIM
‑
CMG模型对纳米片环栅场效应晶体管进行全局参数提取，得到所有Target在工业误差范围内并能够应用于沟道长度Lg变化的器件的全局模型及核心参数PHIG；2)修正核心参数PHIG；利用公式(1)和公式(2)分别得到金属功函数影响下核心参数PHIG涨落的均值和方差：μ(PHIG)＝PHIG
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(1)其中，公式中PHIG为已得到的全局模型中无波动下的核心参数PHIG，为有效功函数的涨落，能够直接反映在PHIG的变化上；D为金属晶粒的直径，nstack为纳米片的层数，W为沟道宽度，L为沟道长度，为金属栅材料两种晶向对应的功函数之差，使用金属TiN<100>和<111>所对应的功函数之差，根据对晶粒统计分布的结果，两种晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐思逸，孙亚宾，石艳玲，李小进，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：