不純物揺らぎによる特性ばらつきを抑えたデルタドープ型MOSデバイスに関する研究

抑制杂质波动引起的特性变化的δ掺杂MOS器件的研究

基本信息

批准号：
09224205
负责人：
平本俊郎
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

VLSIデバイスは性能向上のため急速に微細化しているが、微細化が進むと各種ばらつきが特性に大きく影響を及ぼすようになる。特に、チャネル中の不純物数の統計的な揺らぎは本質的な問題である。これは、サイズが全く同じデバイスであっても、デバイス中に存在する不純物の数は一定ではなく、統計的にばらつくという問題である。この不純物数の揺らぎがそのままデバイスの特性ばらつきとなる。このようなばらつきはデバイスが微細化するほど顕著になることは自明であり、将来のVLSIデバイスの限界を決める要因になりうる。本研究では、不純物揺らぎによる特性ばらつきを抑制する方法として、デルタドープ型MOSデバイスを提案した。このデバイスは、チャネル部分が高不純物濃度の下層と低濃度の上層の2層で構成されており、最近のディープサブミクロンデバイスで主流となりつつあるレトログレードチャネル構造をモデル化した構造である。まず、解析的にデルタドープMOSFETのしきい値電圧を求め、通常の均一ドープMOSFETと比較してデルタドープMOSFETは不純物揺らぎによるしきい値電圧ばらつきが本質的に小さい構造であることを明らかにした。また、低濃度層膜厚と高濃度層不純物濃度を適当にバランスさせることにより、しきい値電圧ばらつきを一定に保ったままデルタドープMOSFETを微細化する新しいスケーリング法を開発した。以上の結果から、デルタドープMOSFETは、短チャネル効果を抑えつつしかも不純物揺らぎを抑えることができ、将来のサブ0.1μm世代の有望なVLSIデバイスデバイスであることを明らかにした。

超大规模集成电路器件正在迅速小型化以提高性能，但随着小型化的进展，各种变化开始对特性产生重大影响。特别是，通道中杂质数量的统计波动是一个重要问题。这是一个问题，因为即使器件具有完全相同的尺寸，器件中存在的杂质的数量也不是恒定的并且存在统计上的变化。这种杂质数量的波动直接导致器件特性的变化。显然，随着器件变得越来越小，这种变化变得更加明显，并且可能成为决定未来VLSI器件限制的一个因素。在本研究中，我们提出了一种 δ 掺杂 MOS 器件作为抑制杂质波动引起的特性变化的方法。该器件的沟道部分由两层组成：下层高杂质浓度和上层低杂质浓度，仿照近年来深亚微米器件主流的逆行沟道结构。首先，我们分析确定了δ掺杂MOSFET的阈值电压，发现δ掺杂MOSFET的结构由于杂质波动而导致的阈值电压变化比普通均匀掺杂MOSFET要小得多。此外，通过适当平衡低浓度层的厚度和高浓度层的杂质浓度，我们开发了一种新的缩放方法，可以在保持阈值电压变化恒定的同时小型化δ掺杂MOSFET。上述结果表明，δ掺杂MOSFET可以抑制短沟道效应和杂质波动，使其成为未来0.1μm以下一代有前途的VLSI器件。