極微細半導体素子のしきい値電圧ばらつき解析のための離散不純物モデルの構築

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550315
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 佐野 伸行 筑波大学, 物理工学系, 助教授 (90282334)
• Keywords: 不純物ゆらぎ / MOSFET / モンテカルロ法 / ドリフト拡散法 / 半導体デバイス / 特性ばらつき / デバイスシミュレーション

Research Abstract

我々の構築した離散的不純物の物理を正しく考慮した不純物モデルと3次元デバイス・シミュレーションを用いて・不純物モデルの正当性を明確にした。また、これまでの研究成果をまとめるための研究成果報告書の作成を進めた。具体的な検討内容と成果は、以下のようにまとめられる。
1.未だに世界的に広く用いられている(物理的に誤った)atomistic不純物モデルと従来の連続的なjellyな不純物モデルのもとで、Si-MOSFETの基盤内での不純物数(濃度)を徐々に変化させて、デバイス基盤内のポテンシャルの相違を検討した。その結果、同じ境界条件のもとでの巨視的なポテンシャル(ポテンシャルの長距離成分)については、両者において大きな差が無いことを見い出した。
2.酸化膜とSi基盤との界面近傍にデルタドープしたイオン化不純物プロファイルのもとで、atomistic不純物モデルと連続的なjellyな不純物モデルをドリフト拡散法に用いて、Si-MOSFET基盤のポテンシャルの相違を検討した。その際、離散的な不純物の配置のばらつきに伴ったポテンシャルのゆらぎを排除するために、不純物は規則的に配置した。その結果、巨視的ポテンシャルは両者でほぼ一致することを確認した。これは、離散的な不純物によるデバイス特性ばらつきは、各不純物の微視的な散乱ポテンシャルにより引き起こされることを示し、ドリフト拡散法のもとでの微視的(短距離)ポテンシャルを切り出した我々の主張(不純物モデル)の正当性を裏付けるものである。
3.これまでの過去2年間の研究成果をまとめた総合研究成果報告書の作成を進めた。

Research Products

• [Publications] Yoshiyuki Kitahara et al.: "A New Grain Boundary Model for Drift-Diffusion Device Simulations in Polycrystalline Silicon Thin-Film Transistors"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.42. L634-L636 (2003)
• [Publications] Shuichi Toriyama et al.: "Probability Distribution Functions of Threshold Voltage Fluctuations due to Random Impurities in Deca nano MOSFETs"Physica E. Vol.19. 44-47 (2003)
• [Publications] Yoshiyuki Kitahara et al.: "Statistical Study of Subthreshold Characteristics in Polycrystalline Silicon Thin-Film Transistors"J.Appl.Phys.. Vol.94. 7789-7795 (2003)
• [Publications] Nobuyuki Sano: "Electron Kinetic Transport under Localized Impurities : How Could Localized Impurities be Incorporated in Simulations?"The 9-th IMACS Seminar on Monte Carlo Methods MCM-2003. (招待講演). 5-6 (2003)