论文部分内容阅读
随着近半个世纪以来半导体产业的发展与前行,由于具有强大的栅极控制能力,良好的芯片集成度,FinFET器件结构已经成为了 14nm以下工艺技术发展的核心器件。通过高k栅介质层的引入,结合源漏外延区域,配合最优的结构参数,双k层对称FinFET(Dual-kFinFET)结构能够有效增强栅极控制能力,抑制短沟道效应恶化。但是高k层的增加导致相互平面之间的耦合效应增强,寄生效应严重,而高的寄生栅电容和低的截止频率制约着器件射频模拟特性的进一步发展。为了解决这些问题,本文提出了不对称双k层漏外延FinFET结构——AsymD-kkDEFinFET,并对其射频模拟特性进行了研究,具体研究内容如下:1)基于Dual-k层的FinFET器件结构,研究分析了提升射频模拟特性的几何参数模型。仿真结果显示最优的结构参数可以使器件内部增益Av提高到25dB,符合ITRS技术预测目标。但是高k层的增加影响器件的寄生效应,寄生栅电容过高,截止频率低,制约着器件射频模拟特性的发展。2)基于Dual-k层的FinFET器件结构,提出源漏边高k层使用不同k值介质材料的不对称双k层结构,优化器件的寄生效应。相比与双k层对称FinFET(Dual-k FinFET)结构,不对称双k层结构可以进一步提高器件截止频率fT～13.47%,同时降低器件的总栅电容Cgg～4.28%,使得器件的射频模拟性能得到提高,但是牺牲了器件的增益Av,约下降了 14.50%的值。3)基于Dual-k层的FinFET器件结构,提出漏边外延区域更长的不对称漏外延结构,减少漏极对沟道区域的影响,提高器件增益。漏外延区域的增加,导致漏极掺杂离子,远离栅极区域,更接近漏极区域。相比与双k层对称FinFET(Dual-k FinFET)结构,通过漏外延区域的引入,不对称漏外延结构可以显著增加器件增益Av～25.78%,减小器件总栅电容Cgg～38.57%,但是由于靠近漏边的栅极离子掺杂浓度较低,器件跨导gm减小,起始电流Ion降低约四分之一。最后,采用最优的器件几何参数模型,通过结合不对称双k层结构和不对称漏外延结构的综合特点,本文提出了不对称双k层漏外延FinFET结构-AsymD-kkDEFinFET。仿真结果显示,相比于双k层对称FinFET(Dual-kFinFET)结构,不对称双k层和不对称漏外延的引入,使得器件增益Av提高24.19%,截止频率fT提高14.82%,总栅电容降低Cgg降低40.41%。并在一定程度上弥补了由于漏外延区域增加导致的跨导gm减小,起始电流Ion降低等现象。最后,仿真结果表明,AsymD-kkDEFinFET结构能够更好的提高器件的射频模拟性能,是下一代FinFET器件结构工艺技术发展的重要研究方向。