JP5579538B2 - Fdsoiトランジスタの電気性能を評価するための方法および装置 - Google Patents
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- FDSOIトランジスタがNMOS型である場合、FDSOIトランジスタの半導体からなる基板に電圧VBG>0を、またはFDSOIトランジスタがPMOS型である場合、FDSOIトランジスタの半導体からなる基板に電圧VBG<0を印加することによって、FDSOIトランジスタのゲート領域とソース領域およびドレイン領域との間に印加される電圧VFGに応じて、FDSOIトランジスタのキャパシタンスおよび/またはコンダクタンスを測定する段階と、
- モデル化トランジスタに印加される電圧VFGおよびVBGの値に応じて、それぞれ、モデル化トランジスタのゲート誘電体とモデル化トランジスタのチャネルを形成するように意図された半導体との間の界面およびモデル化トランジスタのチャネルを形成するように意図された半導体とモデル化トランジスタの埋込み誘電体との間の界面における欠陥密度Dit1、Dit2の様々な選択された理論値について、FDSOIトランジスタと等価な電気回路によってモデル化されたトランジスタのキャパシタンスの理論値および/またはコンダクタンスの理論値を計算する段階と、
- モデル化トランジスタの界面における欠陥密度Dit1、Dit2の様々な選択された理論値に対する、FDSOIトランジスタのキャパシタンスの測定値および/またはコンダクタンスの測定値と、モデル化トランジスタのキャパシタンスの計算された理論値および/またはコンダクタンスの計算された理論値との間の比較によって、FDSOIトランジスタの対応する界面における欠陥密度Dit1、Dit2の真の値を決定する段階と
を含む、FDSOIトランジスタの電気性能を評価する方法を提案する。
- モデル化トランジスタの界面における電子濃度nS1およびnS2の理論値を計算する段階と、
- モデル化トランジスタの界面における欠陥の特性寿命τ1およびτ2の理論値を
τ1,2=σ1,2.vth.nS1,2
のように計算する段階と、
- Dit1およびDit2から選択された様々な理論値についてモデル化トランジスタの界面におけるキャパシタンスCit1およびCit2の理論値を
- Dit1およびDit2から選択された様々な理論値についてモデル化トランジスタの界面におけるコンダクタンスGit1およびGit2の理論値を
- モデル化トランジスタの界面の各々の側においてそれぞれモデル化トランジスタのチャネルを形成するように意図された半導体における反転電荷Qinv1およびQinv2の理論値を
- モデル化トランジスタの界面の各々の側においてそれぞれモデル化トランジスタのチャネルを形成するように意図された半導体における電位ΨS1およびΨS2の理論値を計算する段階と、
- モデル化トランジスタの界面の各々の側においてそれぞれモデル化トランジスタのチャネルを形成するように意図された半導体における反転キャパシタンスCinv1およびCinv2の理論値を
- モデル化トランジスタのアドミタンスYmの理論値を
Ym=[(jωCox)-1+(jω(Cinv1+Cinv2+Cit1+Cit2)+Git1+Git2)-1]-1=Gm+jωCm
のように計算する段階と
を適用することによって得ることができ、
ここで、
σ1,2はモデル化トランジスタの界面における捕獲断面積であり、
vthは電荷キャリアの熱速度であり、
ωはモデル化トランジスタに印加された電圧VFGの交流正弦波成分の角周波数であり、
n(x)はモデル化トランジスタのチャネルを形成するように意図された半導体の深さxにおける電子濃度であり、
Coxはモデル化トランジスタのゲート誘電体のキャパシタンスであり、
Cmはモデル化トランジスタのキャパシタンスであり、
Gmはモデル化トランジスタのコンダクタンスであり、
eは素電荷であり、
TSiはトランジスタのチャネルを形成するように意図された半導体の厚さである。
- トランジスタ1の前部界面の欠陥の電気応答をトランジスタ1の後部界面の欠陥の電気応答から相関除去するための第1のフェーズと、
- トランジスタ1を電気モデル化するための第2のフェーズであって、それにより、次に、以前の測定値と、欠陥密度の様々な選択された値に対するモデル化トランジスタのキャパシタンスの計算された理論値および/またはコンダクタンスの計算された理論値とを比較することによって、性能が評価されるトランジスタFDSOI1の前部界面および後部界面の欠陥密度の真の値の評価が可能となる、第2のフェーズと
を含む。
Y=G(VFG)+jωC(VFG) …(1)
のように得られる。
Ya=[(jωCox)-1+(jω(Cinv1+Cinv2))-1]-1 …(2)
に等しい。
Qtot=Qit1+Qinv1+Qdep+Qinv2+Qit2
Ym=[(jωCox)-1+(jω(Cinv1+Cinv2+Cit1+Cit2)+Git1+Git2)-1]-1 …(3)
に等しい。
Ym=Gm+jωCm …(4)
であるので、等価電気回路300に対応するモデル化トランジスタのキャパシタンスCmおよび/またはコンダクタンスGmの理論値を計算することが可能になる。
τ1,2=σ1,2.vth.nS1,2 …(7)
ここで、σ1,2はモデル化トランジスタの界面における捕獲断面積(例えば、約10-14cm2と10-18cm2との間に含まれる)であり、vthは電荷キャリアの熱速度(例えば、105cm-2に等しい)である。
3 基板
5 誘電体層
7 チャネル
9 ソース
11 ドレイン
13 ゲート誘電体
15 ゲート
108、112、117、129、131 変曲点
110、114、119 傾斜
124、126、134、136 ピーク
200、300 回路
202、204、206、208、212 キャパシタンス
210、214 コンダクタンス
400 装置
402 インピーダンス分析器
404 計算手段
Claims (11)
- FDSOIトランジスタ(1)の電気性能を評価する方法であって、
前記FDSOIトランジスタ(1)がNMOS型である場合、前記FDSOIトランジスタ(1)の半導体からなる基板(3)に電圧VBG>0を印加し、または前記FDSOIトランジスタ(1)がPMOS型である場合、前記FDSOIトランジスタ(1)の半導体からなる前記基板(3)に電圧VBG<0を印加することによって、前記FDSOIトランジスタ(1)のゲート領域(15)とソース領域(9)およびドレイン領域(11)との間に印加される電圧VFGに応じて、前記FDSOIトランジスタ(1)のキャパシタンス(102、104、106)および/またはコンダクタンス(116、118、120)を測定する段階と、
前記FDSOIトランジスタ(1)と等価な電気回路(300)によってモデル化されたトランジスタであるモデル化トランジスタに印加される前記電圧VFGおよびVBGの値に基づいて、それぞれ、前記モデル化トランジスタのゲート誘電体と前記モデル化トランジスタのチャネルを形成するように意図された半導体との間の界面および前記モデル化トランジスタの前記チャネルを形成するように意図された前記半導体と前記モデル化トランジスタの埋込み誘電体との間の界面における欠陥密度Dit1、Dit2の様々な選択された理論値について、前記モデル化トランジスタの前記キャパシタンスの理論値(128、130)および/または前記コンダクタンスの理論値(132)を計算する段階と、
前記モデル化トランジスタの前記界面における前記欠陥密度Dit1、Dit2の前記様々な選択された理論値に対する、前記FDSOIトランジスタ(1)の前記キャパシタンスの測定値(102、104、106)および/または前記コンダクタンスの測定値(116、118、120)と、前記モデル化トランジスタの前記キャパシタンスの計算された理論値(128、130)および/または前記コンダクタンスの計算された理論値(132)との間の比較によって、前記FDSOIトランジスタ(1)の前記対応する界面における前記欠陥密度Dit1、Dit2の真の値を決定する段階と
を含む方法。 - 前記電圧VFGが、値が約-2Vと2Vとの間で構成されるDC成分と、周波数が約10kHzと100kHzとの間で構成される交流正弦波成分とを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記電圧VBGの値は、前記電圧VFGに応じた前記FDSOIトランジスタ(1)の測定コンダクタンスを示す曲線(116、118、120)が少なくとも2つのピーク(124、126)を含むように選択される、請求項1または2に記載の方法。
- 前記電圧VBGが、前記FDSOIトランジスタ(1)がNMOS型である場合、値が約15Vと30Vとの間で構成され、前記FDSOIトランジスタ(1)がPMOS型である場合、値が約-15Vと-30Vとの間で構成されるDC電圧である、請求項1から3のいずれかに記載の方法。
- 前記FDSOIトランジスタ(1)の前記キャパシタンス(102、104、106)および/または前記コンダクタンス(116、118、120)がインピーダンス分析器で測定される、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- 前記FDSOIトランジスタ(1)と等価な前記電気回路(300)が、互いに並列に電気的に接続された1組の構成要素と直列に電気的に接続された第1のキャパシタンス(202)を含み、前記1組の構成要素が、前記モデル化トランジスタの前記界面の側において前記モデル化トランジスタの前記チャネルを形成するように意図された前記半導体における反転キャパシタンス、および前記モデル化トランジスタの前記界面における前記欠陥のキャパシタンスに対応する4つのキャパシタンス(204、206、208、212)と、前記モデル化トランジスタの前記界面における前記欠陥のコンダクタンスに対応する2つのコンダクタンス(210、214)とを含む、請求項1から5のいずれかに記載の方法。
- 前記キャパシタンスの前記計算された理論値(128、130)および/または前記コンダクタンスの前記計算された理論値(132)が、
前記モデル化トランジスタの前記界面における電子濃度nS1およびnS2の前記理論値を計算する段階と、
前記モデル化トランジスタの前記界面における欠陥の理論的特性寿命値τ1およびτ2を
τ1,2=σ1,2.vth.nS1,2
のように計算する段階と、
Dit1およびDit2の前記様々な選択された理論値について前記モデル化トランジスタの前記界面におけるキャパシタンスCit1およびCit2の前記理論値を
Dit1およびDit2の前記様々な選択された理論値について前記モデル化トランジスタの前記界面におけるコンダクタンスGit1およびGit2の前記理論値を
前記モデル化トランジスタの前記界面の各々の側においてそれぞれ前記モデル化トランジスタの前記チャネルを形成するように意図された前記半導体における反転電荷Qinv1およびQinv2の前記理論値を
前記モデル化トランジスタの前記界面の各々の側においてそれぞれ前記モデル化トランジスタの前記チャネルを形成するように意図された前記半導体における電位ΨS1およびΨS2の前記理論値を計算する段階と、
前記モデル化トランジスタの前記界面の各々の側においてそれぞれ前記モデル化トランジスタの前記チャネルを形成するように意図された前記半導体における反転キャパシタンスCinv1およびCinv2の前記理論値を
前記モデル化トランジスタのアドミタンスYmの前記理論値を
Ym=[(jωCox)-1+(jω(Cinv1+Cinv2+Cit1+Cit2)+Git1+Git2)-1]-1=Gm+jωCm
のように計算する段階であり、ここで、
σ1,2は前記モデル化トランジスタの前記界面における捕獲断面積であり、
vthは電荷キャリアの熱速度であり、
ωは前記モデル化トランジスタに印加された前記電圧VFGの交流正弦波成分の角周波数であり、
n(x)は前記モデル化トランジスタの前記チャネルを形成するように意図された前記半導体の深さxにおける電子濃度であり、
Coxは前記モデル化トランジスタの前記ゲート誘電体のキャパシタンスであり、
Cmは前記モデル化トランジスタのキャパシタンスであり、
Gmは前記モデル化トランジスタのコンダクタンスであり、
TSiは前記トランジスタの前記チャネルを形成するように意図された前記半導体の厚さである、段階と
を適用することによって得られる、請求項1から6のいずれかに記載の方法。 - 前記モデル化トランジスタの前記界面における前記電子濃度nS1およびnS2、ならびに前記電位ΨS1およびΨS2の前記理論値が、ポアソンシュレーディンガーソルバタイプのソフトウェアによって、前記モデル化トランジスタの前記チャネルを形成するように意図された前記半導体の厚さの値、前記半導体のドーピング、前記モデル化トランジスタのSiO2等価酸化物厚さEOT、および前記電圧VBGから計算される、請求項7に記載の方法。
- 前記FDSOIトランジスタ(1)の前記測定コンダクタンス(116、118)と前記モデル化トランジスタの前記計算された理論コンダクタンス(132)との間の前記比較が、前記電圧VFGに応じてこれらのコンダクタンスの曲線をプロットし重ね合わせることと、次に、前記計算された理論コンダクタンス(132)の前記曲線が前記測定コンダクタンス(116)の前記曲線の2つのピークに実質的に重ね合わされる2つのピーク(134、136)を含む前記モデル化トランジスタの前記界面における前記欠陥密度Dit1、Dit2の前記選択された理論値を決定することとによって行われる、請求項1から8のいずれかに記載の方法。
- 前記FDSOIトランジスタ(1)の前記測定キャパシタンス(102、104、106)と前記モデル化トランジスタの前記計算された理論キャパシタンス(128、130)との間の前記比較が、前記電圧VFGに応じてこれらのキャパシタンスの曲線をプロットし重ね合わせることと、次に、前記計算された理論キャパシタンス(128、130)の前記曲線が前記測定キャパシタンス(102、104)の前記曲線の2つの変曲点に実質的に重ね合わされる2つの変曲点(129、131)を含む前記モデル化トランジスタの前記界面における前記欠陥密度Dit1、Dit2の前記選択された理論値を決定することとによって行われる、請求項1から9のいずれかに記載の方法。
- 請求項1から10のいずれかに記載のFDSOIトランジスタ(1)の電気性能を評価する方法を適用するための手段(402、404)を含む、FDSOIトランジスタ(1)の電気性能を評価するための装置(400)。
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