專利名稱：計算金屬氧化物半導體場效應晶體管門限電壓的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到空穴注入型金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的門限電壓模型及其應用。
上述的空穴注入對于MOSFET的小型化是一種關鍵的技術。然而，不存在用于容易分析注入雜質(zhì)濃度分布的技術。因此，在空穴注入型MOSFET中，漏極電壓和溝道長度上等的門限電壓相關性是不能精確地預測的而且在設計電路中是一個難點。
目前，提出了Berkeley Short IGFET模型，版本-3、4(BSIM3、4)作為一種MOSFET模型而且提供在工業(yè)中使用。在這種BSIM3、4中，一些嘗試是通過引用一些物理含義是不確定的參數(shù)，以至于應用該模型到空穴注入型MOSFET中，做到再現(xiàn)可測性。然而，這種模型基本上假定基片的雜質(zhì)濃度是均勻的，此外，假定逆向?qū)又须姾傻姆聪蛎芏仁橇?。因此，實質(zhì)上迫使這種模型被用到具有溝道方向上不均勻雜質(zhì)濃度分布的空穴注入型MOSFET。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種MOSFET模型，對于空穴注入型MOSFET考慮到其具有不均勻的濃度分布，以及利用這種模型確定門限電壓與空穴分布之間的相互關系。
本發(fā)明的另一目的是提供一種門限電壓模型，它可以利用限定的物理量來確定而且比較容易給出滿意地接近于實際測量門限電壓的門限電壓。
本發(fā)明另一個目的是為模型分析的需要重新確定門限電壓的條件，因為根據(jù)本發(fā)明中的門限電壓模型在溝道方向上雜質(zhì)濃度分布是不均勻的。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種門限電壓模型，其能夠限據(jù)本發(fā)明通過進一步簡化門限電壓模型來適用于電路模擬。
本發(fā)明還有另外的目的是提供一種用于估算基片深度方向上的空穴分布的方法，該方法是基于根據(jù)本發(fā)明的利用門限電壓模型獲得的門限電壓與實際上測量的值電壓之間的相互關系。
根據(jù)本發(fā)明的空穴注入型MOSFET的門限電壓模型是利用在溝道方向上空穴滲透到基片的滲透長度獲得的，而在空穴中的最大雜質(zhì)濃度作為參數(shù)以線性地近似基片內(nèi)溝道方向上雜質(zhì)濃度的分布。
在分析這個門限電壓模型中，該模型可能被假定不取決于基片深度方向。然而，它可以利用獲得的門限電壓來估算深度方向上的雜質(zhì)濃度分布。
此外，為了這個門限電壓模型的分析解決，就必需確定一個新的門限條件，因為門限條件通常被認為是在假設溝道方向上濃度是常數(shù)的情況下獲得的。因此，在本發(fā)明中，門限電壓被確定為是在逆向?qū)又械碾姾蓵r間密度達到預定門限條件下的柵極電壓，而門限條件是以一個數(shù)值確定的，該數(shù)值是通過在逆向?qū)又姓麄€溝道面積上積分電荷密度而提供門限電壓來獲得的。
利用門限條件，通過分析解決門限電壓的門限電壓模型，可以獲得該門限電壓，其令人滿意地近似于實際上測量的門限電壓。
因為分析獲得的門限電壓是用相當復雜的方程式表示的，所以它不適合使用于電路模擬。然而，這個問題可以在分析中通過假設幾個條件來解決。例如，在本發(fā)明的另一個門限電壓模型中，使用從空穴中的濃度分布獲得的濃度平均值。根據(jù)該平均值，可以得到明顯的簡化，而且該模型變得適合于電路模擬。
基片深度方向上的濃度分布可以通過執(zhí)行適合使用大參數(shù)來獲得的，這些參數(shù)是獲得的門限電壓和實際上測量的門限電壓。
結(jié)果，注入空穴的濃度分布可以在溝道方向和深度方向兩者上估算出。
(1)門限電壓模型

圖1顯示一種空穴注入型的n-MOS金屬氧化物半導體場效應晶體管(n-MOSFET)的結(jié)構(gòu)。該MOSFET具有源極2、漏極3、形成在源極2和漏極3之間的溝道4、控制溝道4的柵極5、和形成在溝道4與柵極5之間的柵極氧化膜6，它們各自形成在基片1上。MOSFET具有形成在溝道4下面的空穴注入?yún)^(qū)域7，它是通過將同樣類型的雜質(zhì)從柵極電極5的源極2一側(cè)和漏極3一側(cè)傾斜地注入到源極2和漏極3上。
如圖2中實線所示，空穴注入型MOSFET溝道下面的雜質(zhì)濃度分布是近似線性的而且被稱作門限電壓模型。在圖2中，Lch表示溝道長度，Lp表示在溝道方向上空穴注入?yún)^(qū)域7的滲透長度，Nsubc表示非-空穴注入?yún)^(qū)域的雜質(zhì)濃度，即，基片1的雜質(zhì)濃度，而Nsubp表示空穴注入?yún)^(qū)域7的雜質(zhì)濃度的峰值。就是說，這個門限電壓模型是多邊形形式的濃度分布，該形式從具有均勻雜質(zhì)濃度(Nsubc)的中心區(qū)域(非-空穴-注入?yún)^(qū)域)的兩端線性地增加到溝道兩端，并且分別引導向峰值(Nsubp)。換言之，在現(xiàn)行的門限電壓模型中，空穴注入?yún)^(qū)域的雜質(zhì)濃度是通過兩個物理量來描述的，滲透長度Lp和濃度峰值Nsubp。
注意，在圖2中，點線表示從兩-維處理模擬獲得的雜質(zhì)濃度分布，以至于它們再現(xiàn)實際測量門限，當前的門限電壓模型滿意地近似該實際測量門限，如在后面將要證實的。
(2)門限條件圖3顯示溝道中φs的變化，對于具有空穴注入(實線)和沒有空穴注入(點線)的每種情況，它在基片的電位與在溝道表面的電位之間是不同的，在沒有空穴注入的情況下，φs幾乎是常數(shù)，而在有空穴注入的情況下，φs在溝道兩端的附近具有最小值，而且φs不是常數(shù)，即，在溝道中的變化密度不是常數(shù)。
在φs是常數(shù)的情況下(即，沒有空穴注入)，因為溝道方向上的分布可以忽略，所以φs與Qs之間的關系(其表示在半導體一側(cè)收集的每單位面積上的電荷量)可以分析地獲得，如圖4所示。
在0＜φs＜2φB的范圍內(nèi)，半導體表面的附近是耗盡型。因此，Qs首先通過耗盡層的寬度和雜質(zhì)濃度確定。當φs＞2φB時，在溝道表面上的電子濃度變得高于雜質(zhì)濃度。因此，Qs主要由電子來確定。
對于這兩個范圍給定一個邊界的條件[方程式1]φs＝2φB它通常大范圍地使用作為門限條件，其中φB表示(1/β)ln(NSUb/ni)而且在固有的費米能級與該費米能級之間存在差別(注意，ni表示固有的載流子密度)。
利用這個門限條件和幾種假定，獲得門限電壓Vth如下[方程式2]Vth=2φB+Vfb+2qNsubϵsi(2φB-Vbs)C0x]]>其中，εsi表示半導體的介電常數(shù)而C0x表示柵極氧化膜容量。
如上所述，當φs是常數(shù)時，這就是說當密度分布是常數(shù)時，門限電壓Vth可以比較容易地從方程式1的門限條件獲得。
然而，當濃度分布被設置如本發(fā)明的圖1所示時，上述門限條件事實上不能利用。就是說，必須定義一個或者多個新的門限條件。
在這一部分中，將根據(jù)電流密度方程式定義新的門限條件。使用電流密度方程式的原因是該門限電壓Vth應該根據(jù)IdS-Vgs特性來確定。
現(xiàn)在，對于n-溝道，在溝道方向，即，Y方向上的電流密度方程式可以用方程式3來表示如下。注意對于P-溝道，能夠用同樣的處理。[方程式3]jn=-qμnndφdy+qDndndy]]>利用愛因斯坦公式，這個方程式是通過準-費米能級φf表示如下[方程式4]jn=-qμnndφfdy]]>在方程式3和4中，jn表示每單位面積的電子電流密度，μn是電子遷移率，n是半導體表面上每單位體積的電子濃度，φ是來源于體積的電位差，而Dn是電子的擴散常數(shù)。
當方程式4在深度方向上(X軸方向)，溝道寬度方向(Z方向)，以及溝道長度方向(Y方向)積分時，φf(Lch)-φf(0)＝Vds的關系是利用將被忽略的空穴電流對漏極電流的影響，漏極電流Ids可以通過下列方程式表示[方程式5]Ids=qWμnLch∫0Lchnx-1dyLchVdsLch]]>其中，nx是通過在深度方向積分n獲得的數(shù)值，而且是每單位面積的電子密度。在這個方程式中，因為nx大大地取決于Vgs，所以與nx有關的部分是從方程式5提取的并且規(guī)定為nxav，其定義如下[方程式6]nxav-1≡∫0Lchnx-1dyLch]]>nxav是一個在許多逆向?qū)与娮踊Q溝道中的互換平均值，而且表示逆向溝道的狀態(tài)。在本發(fā)明中，門限狀態(tài)是利用nxav確定的而[方程式7]nxav＝nxth被定義為門限條件。nxth是給定門限下的電子密度，而且能夠通過使用沒有空穴注入情況下的[方程式1]φs＝2φB獲得。這是因為它本身的狀態(tài)，給定的門限電壓Vth認為是不變的，盡管在沒有空穴注入的情況下，獲得的門限電壓Vth是利用nxav的平均值代替恒定的電子密度nx＝nxc來改變的。
圖5顯示了這種解釋。nxc表示非-空穴-注入面積的nx，而nxp表示空穴注入面積中最高濃度位置的nx。因為沒有空穴注入的器件在溝道上具有恒定的nxc，所以nxav與nxc一致。另一方面，因為對于具有空穴注入的器件，nxp比nxc小，在同樣的Vgs下，nxav變得小于nxc。接著，為了滿足nxav＝nth需要的Vgs變得較大，而這引起Vth增加。
(3)建模根據(jù)圖2顯示的本發(fā)明，為了利用分布模型導出門限電壓Vth，將執(zhí)行三個步驟。
第一步表示nxav為柵極電壓Vgs的一個函數(shù)第二步獲得給定nxav下的Vgs第三步應用具有nxav＝nxth的方程式導出一個新的門限電壓第一步在定義nxav方程式6中，通過在非空穴-注入面積中近似nx為nxc，由下面方程式8表示nxav[方程式8]nxav=LchLch-2Lpnxc+2Lpnxp′]]>其中，n′xp是[方程式9]nxp′=Lp∫0Lpnx-1dy]]>正如從方程式8中理解，nxav可以用Vgs表示，其通過用Vgs來表示n′xp和nxc。所以首先，我們用Vgs來表示n′xp和nxc。
假定Qinv是逆向?qū)与娮拥拿繂挝幻娣e電荷密度；于是我們有nx=Qinvq]]>注意Qinv是由下面方程式表示的[方程式10]Qinv＝QS-Qdep其中，QS表示在容量方面收集的每單位面積電荷而Qdep表示每單位面積的電子密度(即，耗盡層中的接受密度)。假設容量雜質(zhì)濃度是常數(shù)，Qdep可以經(jīng)分析獲得。通過將獲得數(shù)值替代入方程式9，nx表示成[方程式11]nx=2Nsubϵsiqβ(β(φs-Vbs)-1+(niNsub)2exp(βφs)-β(φs-Vbs)-1)]]>其中，Nsub是基片的均勻雜質(zhì)濃度。在一些門限條件下，它被假設(niNsub)2(β(φs-Vbs)-1)<<1andexp(-βφs<<1),]]>省略這些項。正如從方程式11理解，nx可以在獲得φs數(shù)值時計算出。因為Vgs是在Vth附近，讓(niNsub)2exp(βφ2)<<β(φs-Vbs)-1,]]>并且執(zhí)行泰勒展開式到第一階數(shù)項大約φs＝φs1；然后，對于φs的隱函數(shù)，方程式11能夠明確地描述，如方程式12中所示。[方程式12]nx=Nsubϵsiqβ(niNsub)2exp(βφs)2β(φs1-Vbs)-2]]>其中，φs1表示給定的門限電壓的電位。在具有空穴注入的情況下，Vth發(fā)生在具有均勻Nsubc的器件與具有均勻的Nsubp的器件之間。因此，首先我們假定兩個均勻的Nsub。nx可以通過用Nsubc替代Nsub，而用φsc替代φs，以及用φs1c替代φs1來獲得，于是我們有[方程式13]nxc=Nsubϵsiqβ(niNsubc)2exp(βφsc)2β(φs1c-Vbs)-2]]>其中，φsc和φs1c表示非-空穴-注入面積的φs和φs1。同樣地，nxp可以通過用Nsubp替代Nsub，φsp替代φs，以及用φs1c替代φs1來獲得，于是我們有[方程式14]nxp=Nsubpϵsiqβ(niNsubp)2exp(βφsp)2β(φs1p-Vbs)-2]]>其中，在空穴注入面積上具有最高基片濃度地方的φsp和φs1p分別對應于φs和φs1。
φs可以通過下列關系(方程式15)來計算，由于實際在柵極氧化膜的電極一側(cè)收集的電荷等于由φs確定的半導體中的QS[方程式15]Cax=(Vgs-Vfb-φs)=2qNsubϵsiββ(φs-Vbs)-1+(niNsub)2exp(βφs)]]>因為不能夠?qū)τ诜匠淌?5分析解出φs，所以利用近似來表示。首先，為了對門限的附近使用近似，我們假定(1Nsub)exp(βφs)<<β(φs-Vbs)-1]]>此外，通過對方程式中的平方根項進行泰勒展開到圍繞φs1的第一階項并且重新整理，我們有φs=Vgs-Vfb+A-A2Vgs-2Vfb-2Vbs+A]]>其中，A表示A=qNsubϵsiC0x2]]>φs可以通過用Nsubc替代Nsub來獲得，由[方程式17]φsc=Vgs-Vfb+Ac-Ac2Vgs-2Vfb-2Vbs+Ac]]>其中，Ac由下面方程給出Ac=qNsubcϵsiC0x2]]>同樣地，φsp可以通過用Nsubc替代Nsub獲得，由下面方程式[方程式18]φsp=Vgs-Vfb+Ap-Ap2Vgs-2Vfb-2Vbs+Ap]]>其中，Ap通過下面方程式給出Ap=qNsubpϵsiC0x2]]>此外，因為在溝道長度較長的情況下獲得門限被采納作為參考值，所以當Nsub是Nsubc時φs1就是Vgs，而且方程式1適用于均勻的器件。
通過利用下面方程式[方程式19]Vthc=2φBc+Vfb+2qNsubcϵsi(2φBc-Vbs)C0x]]>于是我們有φs1=Vthc-Vfb+A-A2Vthc-2Vfb-2Vbs+A,]]>其中，[方程式20]φBc=1βln(Nsubcni)]]>從方程式20中，φs1c和φs1p分別用下列方程表示[方程式21]φs1c=Vthc-Vfb+Ac-Ac2Vthc-2Vfb-2Vbs+Ac]]>[方程式22]φs1p=Vthc-Vfb+Ap-Ap2Vgs-2Vfb-2Vbs+Ap]]>到目前為止，獲得了nxc和nxp。接下來，利用nxav將獲得n′xp。因為是nx最大地依靠Nsub是Nsub-2的項，讓nx比例于Nsub-2并且用nx(y＝0)＝nxp，nx(y＝Lp)＝nxc作為邊界條件，利用0≤y≤Lp來積分nx-1，而獲得可逆；然后用下面方程式表示n′xp[方程式23]nxp′=3nxcnxcnxp+nxcnxp+1]]>到目前為止，nxav可以表示成Vgs的一個函數(shù)第二步接下來的，對于nxav將推導出獲得Vgs的方程式。一開始，正如在圖5中觀察的對數(shù)刻度，n′xp和nxc在Vthc附近變得幾乎平行。從而有，nxcnxp′]]>被處理為常數(shù)。變換這個方程式8的nxav公式，我們有[方程式24]nxc=Lch+2Lp(nxcnxp′-1)Lchnxav]]>解方程式13求sc并且替代方程式24，我們得到[方程式25]φsc=1βln((Lch+2Lp(nxcnxp′-1))nxavLch2β(2φBc-Vbs-2Nsubcϵsiqβ(niNsubc)2)]]>同樣地，通過解方程式17求Vgs，我們可以得到[方程式26]Vgs=φsc+Vfb-Ac+Ac(2Vthc-2Vfb-2Vbs+Ac-Vthc2Vthc-2Vfb-2Vbs+Ac)1-Ac2Vthc-2Vfb-2Vba+Ac]]>第三步最后，讓nxav＝nxth，然后可以得到Vth。Vth和th用下列方程式表示[方程式27]Vth=φth+Vfb-Ac+Ac(2Vthc-2Vfb-2Vbs+Ac-Vthc2Vthc-2Vfb-2Vbs+Ac)1-Ac2Vthc-2Vfb-2Vba+Ac]]>[方程式28]φth=1βln((Lch+2Lp(nxcnxp′-1))nxavLch2β(2φBc-Vbs-2Nsubcϵsiqβ(niNsubc)2)]]>其中，φth是給定門限條件的表面電位。對于P-溝道可以得到同樣的公式。然而，用這樣的結(jié)果，給出門限電壓的絕對值。
(4)模型的簡化在上述模型中，空穴滲透長度Lp和空穴Nsubp的最大濃度被使用。經(jīng)分析獲得的Vth具有復雜的表達式，而且不適合于電路模擬中使用。所以，需要簡化模型。
現(xiàn)在，溝道方向上的平均濃度Nsub被引入而且假定溝道方向上是恒定的濃度分布。因此，用這樣的結(jié)果，它意味著Lch＝Lp和nxc＝n′xp被設置。
結(jié)果，[方程式28]被簡化如下[方程式29]φth=1βln(nxth2β(2φB-Vbs-2)Nsubϵsiqβ)+2βln(Nsubni)]]>近似地，上述表達式允許誤差最大在10％左右，于是我們有[方程式30]φth≈1βln(NsubNi)]]>此外，利用下列方程式[方程式31]Vth=φth+Vfb-Ac-Ac2Vthc-2Vfb-2Vbs+Ac,]]>Ac=qNsubϵsiC0x2]]>為了獲得Vth，于是我們有[方程式32]Vth=φth+Vfb+2qNsubϵsi(φth-Vbs)C0x]]>而且該模型可以滿意地簡化。
(5)深度-方向分布的再現(xiàn)該門限電壓模型在深度方向是均勻的。即，假定該分布在深度方向沒有變化。雖然獲得的門限電壓滿意地產(chǎn)生實際的測量數(shù)據(jù)，但是實際上期望該分布在深度方向上變化。通過下列數(shù)據(jù)處理，可以獲得深度方向上的分布。
第一步在實際測定的Vth-Lgate特性中，當Lgate比較大時，基片Nsubc根據(jù)一個或者多個數(shù)值來確定。
第二步在實際測定的Vth-Lgate特性中，當Lgate是中間數(shù)值時，最大空穴濃度Nsubp和滲透長度Lp根據(jù)一個或者多個數(shù)值來確定。由于這兩個數(shù)值不能明確地確定，所以適合于實際測定的Vth的Nsubp和Lp的最佳值被選定。
第三步在實際測定的Vth-Lgate特性中，當Lgate比較小時，短-溝道參數(shù)根據(jù)一個或者多個數(shù)值來確定。這些短-溝道參數(shù)在下列文章中介紹IEEE Trans.CAD/ICAS，15卷，1-7頁，1996年，M.Miura-Mattausch等人，和會刊SISPAD，207頁，1999年，M.Suetake等人，而且利用考慮稱為短-溝道效應的來建門限電壓模型。
第四步第一到第三步被重復直到獲得一致的結(jié)果為止。
注意第一到第四步是在Vbs(容量電壓)＝0條件下執(zhí)行。
第五步通過利用在Vbs≠0時的Vth-Lgate特性，可以得知在深度方向的分布可以符合SISPAD99的方法。
在此由于結(jié)合地引用上述文章，因而省略該方法的詳細描述。原則上，可以簡要成如下描述在如圖6所示的四種分布被選擇作為深度方向上濃度分布的情況下，Vth-2φB-Vbs]]>的特性是利用2D器件模擬器導出以便獲得圖7中所示的特性。注意2φB是一個定義門限條件的電位而Vbs是基片電壓。如圖所示，在濃度是常數(shù)時，該分布成為一條完全的直線。另一方面，當分布的濃度是傾斜量時，在Vbs＝0范圍內(nèi)的分布偏離直線，或者當分布是線性地延伸時其較低。因此，如果在(2φB-Vbs)＝0部分的偏差獲得，這就可能根據(jù)該偏差確定深度方向上的分布。
在該分布可以表示二次曲線的情況下，上述解釋可以擴展到二階。
(6)校驗<測定數(shù)值的再現(xiàn)>
在這一單元部分中，直到第四步的結(jié)果都將驗證。首先，適合于Vth的模型是通過二維方法模擬獲得的，其顯示在圖8中。對于這個模擬，使用通過二維過程模擬獲得的分布，以便再產(chǎn)生實際的測量門限電壓。此外，為了結(jié)合短-溝道效應，添加短-溝道效應模型，以便計算模型的數(shù)值。在這種適應操作中，對于一個參數(shù)采用VdS的原因是為了調(diào)整短-溝道效應的參數(shù)。
<分布的再現(xiàn)>
圖9顯示由適合前面部分的操作獲得的參數(shù)Lp和Nsubp來繪出的分布與用于模擬方法的分布之間的比較。通過適當操作獲得的分布完全與用于模擬40nm深度的分布一致。
正如在這些圖中所觀測的，兩個Vth的一致導致兩個分布的一致，表示令人滿意的建模。
本發(fā)明被如此描述，這將顯而易見在許多方面同樣地可以改變。這些變化沒有被認為是違背本發(fā)明的精神和范圍，而對于技術上精通的人，所有的這些顯而易見的改變將被包括在下列權利要求的范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種用于計算半導體器件中的空穴注入型金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的門限電壓的方法，其特征在于包括下列步驟利用空穴在溝道方向滲透到基片的滲透長度以及空穴中最大雜質(zhì)濃度作為參數(shù)獲得一個近似的分布，以便線性地近似該基片內(nèi)溝道方向雜質(zhì)濃度的分布；以及根據(jù)獲得的近似分布來預測門限電壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的計算門限電壓的方法，其特征在于還包括一個步驟，它是經(jīng)分析求解門限的模型以便在一定條件下獲得門限電壓，該條件是在逆向?qū)与姾擅芏冗_到一個預定門限電壓時，由逆向?qū)拥恼麄€溝道區(qū)域上積分電荷的密度獲得門限電壓。
3.根據(jù)權利要求1所述的計算門限電壓的方法，其特征在于近似的分布是雜質(zhì)濃度的分布，其中雜質(zhì)濃度從Nsubp到Nsubc在自源極一側(cè)溝道方向Lp的第一端范圍內(nèi)以直線的形式下降，在Lch-2Lp的中間范圍內(nèi)該雜質(zhì)濃度保持常量Nsubc，而在自漏極一側(cè)溝道方向Lp的第二端范圍內(nèi)雜質(zhì)濃度從Nsubp到Nsubc以直線的形式上升，這里Lch表示溝道長度，2Lp表示滲透長度，Nsubp表示最大雜質(zhì)濃度，而Nsubc表示基片的雜質(zhì)濃度。
4.根據(jù)權利要求2所述的計算門限電壓的方法，其特征在于近似的分布是雜質(zhì)濃度的分布，其中雜質(zhì)濃度從Nsubp到Nsubc在自源極一側(cè)溝道方向Lp的第一端范圍內(nèi)以直線的形式下降，在Lch-2Lp的中間范圍內(nèi)該雜質(zhì)濃度保持常量Nsubc，而在自漏極一側(cè)溝道方向Lp的第二端范圍內(nèi)雜質(zhì)濃度從Nsubp到Nsubc以直線的形式上升，這里Lch表示溝道長度，2Lp表示滲透長度，Nsubp表示最大雜質(zhì)濃度，而Nsubc表示基片的雜質(zhì)濃度。
5.一種用于分析注入空穴內(nèi)雜質(zhì)濃度分布的方法，其特征在于包括下列步驟利用空穴在溝道方向滲透到基片的滲透長度以及空穴中最大雜質(zhì)濃度作為參數(shù)獲得一個近似的分布，以便線性地近似該基片內(nèi)溝道方向雜質(zhì)濃度的分布根據(jù)獲得的近似分布來預測門限電壓；分析求解門限電壓的模型以便在一定條件下獲得門限電壓，該條件是在逆向?qū)与姾擅芏冗_到一個預定門限電壓時，由在逆向?qū)拥恼麄€溝道區(qū)域上積分電荷的密度獲得門限電壓；依靠獲得的門限電壓和實際測量的門限電壓，使一些參數(shù)適合用于基片深度方向注入空穴內(nèi)的雜質(zhì)濃度的分布；并且根據(jù)適合實際測量門限電壓的優(yōu)化參數(shù)來估算注入空穴內(nèi)深度方向的雜質(zhì)濃度分布。
6.根據(jù)權利要求5所述的用于分析注入空穴內(nèi)的雜質(zhì)濃度分布的方法，其特征在于還包括下列步驟依靠2D器件模擬器之一和一組測量值來獲得門限電壓的Vth-2φB-Vbs]]>特性；以及依據(jù)在(2φB-Vbs)＝0部分的偏移，獲得深度方向雜質(zhì)濃度的分布，其中2φB表示確定門限條件下的電位，而Vbs表示基片的電壓。
7.一種用于提供空穴注入型MOSFET門限電壓的電路模擬方法，其特征在于包括下列步驟利用空穴在溝道方向滲透到基片的滲透長度以及溝道中雜質(zhì)濃度分布的平均值作為參數(shù)來近似該基片內(nèi)溝道方向雜質(zhì)濃度的分布；根據(jù)獲得的近似分布來預測門限電壓。
8.根據(jù)權利要求7所述的電路模擬方法，其特征在于還包括一個步驟，經(jīng)分析求解近似的分布以在一定條件下獲得門限電壓，該條件是在逆向?qū)与姾擅芏冗_到一個預定門限電壓時，由在逆向?qū)拥恼麄€溝道區(qū)域上積分電荷的密度獲得門限電壓。
9.一種用于計算半導體器件中空穴注入型MOSFET的門限電壓的方法，其中包括下列步驟提供一種門限電壓的模型，它在溝道方向具有不均勻雜質(zhì)濃度的分布；分析求解門限的模型以在一定條件下獲得門限電壓，該條件是在逆向?qū)与姾擅芏冗_到一個預定門限電壓時，由在逆向?qū)拥恼麄€溝道區(qū)域上積分電荷的密度獲得門限電壓。
10.根據(jù)權利要求9所述的計算空穴注入型MOSFET的門限電壓的方法，其特征在于還包括一個步驟，其利用空穴在溝道方向滲透到基片的滲透長度以及空穴中最大雜質(zhì)濃度作為參數(shù)來確定一個門限電壓的模型。
11.根據(jù)權利要求9所述的用于計算空穴注入型MOSFET的門限電壓的方法，其特征在于還包括一個步驟，其利用空穴在溝道方向滲透到基片的滲透長度以及空穴中最大雜質(zhì)濃度作為參數(shù)，來線性地近似不均勻雜質(zhì)濃度的分布。
12.根據(jù)權利要求9所述的計算空穴注入型MOSFET的門限電壓的方法，其特征在于還包括一個步驟，其利用空穴在溝道方向滲透到基片的滲透長度以及空穴中最大雜質(zhì)濃度作為參數(shù)，來直線地近似不均勻雜質(zhì)濃度的分布。
13.根據(jù)權利要求10所述的計算空穴注入型MOSFET的門限電壓的方法，其特征在于門限電壓的模型具有雜質(zhì)濃度從Nsubp到Nsubc在自源極一側(cè)溝道方向Lp的第一端范圍內(nèi)以直線的形式下降，在Lch-2Lp的中間范圍內(nèi)該雜質(zhì)濃度保持常量Nsubc，而在自漏極一側(cè)溝道方向Lp的第二端范圍內(nèi)雜質(zhì)濃度從Nsubp到Nsubc以直線的形式上升，這里Lch表示溝道長度，2Lp表示滲透長度，Nsubp表示最大雜質(zhì)濃度，而Nsubc表示基片的雜質(zhì)濃度。
14.一種依靠預定模型來計算半導體器件中空穴注入型MOSFET的門限電壓的方法，其特征在于包括下列步驟利用空穴在溝道方向滲透到基片的滲透長度以及空穴中最大雜質(zhì)濃度作為參數(shù)獲得一個雜質(zhì)濃度的分布，以便線性地近似該基片內(nèi)溝道方向雜質(zhì)濃度的分布；以及采用線性近似的雜質(zhì)濃度分布作為預定的模型。
15.根據(jù)權利要求14所述的計算空穴注入型MOSFET的門限電壓的方法，其特征在于還包括一個利用所述參數(shù)線性地近似基片內(nèi)溝道方向雜質(zhì)濃度的分布的步驟。
16.根據(jù)權利要求14所述的計算空穴注入型MOSFET的門限電壓的方法，其特征在于還包括一個步驟，其在一定條件下獲得門限電壓，該條件是在逆向?qū)与姾擅芏冗_到一個預定門限電壓時，由在逆向?qū)拥恼麄€溝道區(qū)域上積分電荷的密度獲得門限電壓。
17.根據(jù)權利要求15所述的計算空穴注入型MOSFET的門限電壓的方法，其特征在于還包括一個步驟，在一條件下獲得門限電壓，該條件是在逆向?qū)与姾擅芏冗_到一個預定門限電壓時，由在逆向?qū)拥恼麄€溝道區(qū)域上積分電荷的密度獲得門限電壓。
全文摘要
在空穴注入型金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)中提供的一種在溝道方向具有雜質(zhì)濃度分布的門限電壓模型。利用空穴在溝道方向滲透到基片的滲透長度以及空穴中最大雜質(zhì)濃度作為物理參數(shù)，通過線性地近似溝道方向上的分布獲得門限電壓模型?？紤]到通過利用具有不均勻分布的新門限條件經(jīng)分析求解模型，可以精確地獲得該門限電壓。根據(jù)獲得的模型，該門限電壓可以預測并且可以用于電路設計。
文檔編號H01L21/336GK1404119SQ0214188
公開日2003年3月19日 申請日期2002年8月27日 優(yōu)先權日2001年8月31日
發(fā)明者北丸大輔, 三浦道子 申請人:株式會社半導體理工學研究中心