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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

研究課題

研究課題/領域番号 14550315
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 電子デバイス・機器工学
研究機関筑波大学

研究代表者

佐野 伸行  筑波大学, 物質工学系, 助教授 (90282334)

研究期間 (年度) 2002 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2003年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2002年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
キーワード不純物ゆらぎ / 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
研究概要

本研究では、Si-MOSFETの基板内不純物ばらつきの統計性を厳密に考慮した擬1次元近似のもとでの確率分布関数と解析モデルを導出した。また、極微細デバイスに存在する離散的な不純物分布をデバイスシミュレーション可能にする我々の離散不純物モデルの正当性を物理的観点から検討した。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.デバイス基板内をシート状に分割して各シートに含まれる不純物数のゆらぎをポアソン分布として考慮し、界面での表面電場のゆらぎに対する確率密度関数を求めた。そのうえで、しきい値電圧ゆらぎ等についての厳密な確率密度関数を初めて導出した。
2.導出した確率密度関数を典型的構造をもった微細MOSFETに適用した結果、デバイスの微細化に伴って、しきい値電圧ゆらぎ分布関数が通常仮定されている正規分布から大幅にずれてくることが判明した。
3.未だに世界的に広く用いられているatomistic不純物モデルと従来の連続的なjelly不純物モデルのもとで、Si-MOSFETの基盤内での不純物数(濃度)をさまざまに変化させ、モデルによる基盤内のポテンシャルの相違を検討した。その結果、巨視的なポテンシャル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。これは、第ゼロ近似でのデバイス特性は両者に大きな差を示さないことを意味する。
4.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見い出した。その結果、ドリフト拡散法のもとで微視的(短距離)ポテンシャルを切り出した、我々の不純物モデルの正当性を裏付けることができた。

報告書

(3件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (21件)

  • [文献書誌] Nobuyuki Sano et al.: "On Discrete Random Dopant Modeling in Drift-Diffusion Simulations : Physical Meaning of 'Atomistic' Dopants"Microelectronics Reliability. Vol.42. 189-199 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Nobuyuki Sano et al.: "Device Modeling and Simulations toward Sub-10 nm Semiconductor Devices"IEEE Trans.Nanotechnology. Vol.1. 63-71 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Nobuyuki Sano et al.: "Probability Distribution of Threshold Voltage Fluctuation in Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistors"Jpn.J.Appl.Phys.. Vol.41. L552-L554 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 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)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yoshiyuki Kitahara et al.: "Statistical Study of Subthreshold Characteristics in Polycrystalline Silicon Thin-Film Transistors"J.Appl.Phys.. Vol.94. 7789-7795 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Nobuyuki Sano et al.: "On Discrete Random Dopant Modeling in Drift-Diffusion Simulations : Physical Meaning of 'Atomistic' Dopants"Microelectronics Reliability. Vol.42. 189-199 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Nobuyuki Sano et al.: "Device Modeling and Simulations toward Sub-10 nm Semiconductor Devices"IEEE Trans.Nanotechnology. Vol.1. 63-71 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Nobuyuki Sano et al.: "Probability Distribution of Threshold Voltage Fluctuation in Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistors"Jpn.J.Appl.Phys. Vol.41. L552-L554 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 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)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yoshiyuki Kitahara et al.: "Statistical Study of Subthreshold Characteristics in Polycrystalline Silicon Thin-Film Transistors"J.Appl.Phys.. Vol.94. 7789-7795 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 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. 5-6 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 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)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 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)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Yoshiyuki Kitahara et al.: "Statistical Study of Subthreshold Characteristics in Polycrystalline Silicon Thin-Film Transistors"J.Appl.Phys.. Vol.94. 7789-7795 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 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)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Nobuyuki Sano et al.: "On Discrete Random Dopant Modeling in Drift-Diffusion Simulations : Physical Meaning of 'Atomistic' Dopants"Microelectronics Reliability. Vol.42. 189-199 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Nobuyuki Sano et al.: "Device Modeling and Simulations toward Sub-10 nm Semiconductor Devices"IEEE Trans. Nanotechnology. Vol.1. 63-71 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Takashi Kurusu et al.: "Significance of the Long-range Part of the Potential on the Mobility in Impure Semiconductors"Physica B. Vol.314. 198-202 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Nobuyuki Sano et al.: "Probability Distribution of Threshold Voltage Fluctuation in Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors"Jpn. J. AppI. Phys.. Vol.41. L552-L554 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 鳥山 周一 他: "微細MOSFETにおけるデバイス特性バラツキに関する理論的考察"シリコンテクノロジー研究会. Vol.45. 22-26 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Shuichi Toriyama et al.: "Probability Distribution Functions of Threshold Voltage Fluctuations due to Random Impurities in Deca-nano MOSFETs"4-th International Symposium on Nanostructures and Mesoscopic Structures (nanoMES-2003). (印刷中). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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