Poly-depletion and Quantum Effects in PMOSFET

Abstract

VLSI 기술의 발달로 MOSFET 소자가 deep submicron dimension으로 감소하고 있다. 이런 소자에서 short channel effect현상을 감소시키면서 전류 구동 능력은 최대화하기 위하여 얇은 gate oxide(Tphy,OX)와 높은 channel doping(Nsub)을 사용되고 있다. 그 결과, Si/SiO₂ interface에서 potential well이 생성되어 양자효과가 발생한다. 또한 dual-poly를 사용하는 CMOS공정의 경우 poly gate doping에 implantation을 이용하므로 poly-SiO₂ interface의 doping 농도가 낮아져 poly-depletion 현상이 발생한다. 따라서 본 논문에서는 미세화된 MOSFET에서 발생하는 poly-depletion 및 양자효과를 예측하는 simulator를 개발하였다. 개발된 simulator는 Poisson 및 Schrodinger 방정식을 상보적으로 풀어 해를 구하므로 potential과 carrier 분포를 정확하게 계산한다. 이 simulator를 이용해 NMOS와 PMOS의 양자효과를 oxide 두께와 channel doping의 변화에 따라 비교하여 그 차이점과 원인을 분석하였다.;MOSFET device is scaled to deep sub-micron region in advanced VLSI system technology. To reduce the short channel effect and maximize the device performance in such device, oxide thickness(T_phy,OX) should be reduced and substrate doping(N_sub) should be increased. As a result, potential well is formed in Si/SiO₂ interface and quantum effect is occurred. Also, doping concentration of poly-SiO₂ interface become low and poly-depletion effect is occurred because CMOS work is using implantation for poly gate doping, Accordingly a new simulator which predicts the quantum and poly-depletion effect in scaling MOSFET structure is developed. This is using the self-consistent method, this simulator accurately predicts the carrier distribution due to improved calculation precision of potential in the inversion layer. Using the developed simulator, this paper compares NMOS with PMOS quantum effect and analyzes the difference. Especially, as oxide thickness and channel doping dependence of` quantum effect is analyzed, also the cause is investigated.