本研究通过采用高介电常数电介质材料来提高19nm单栅极MOSFET的性能。通过采用高K电介质材料代替SiO2,可以满足MOSFET器件尺寸缩小趋势的要求。因此,实现了具有不同高K电介质材料的19nm n沟道MOSFET器件,并分析了其性能改进。通过Silvaco TCAD工具中的ATHENA模块进行虚拟制造。同时,使用ATLAS模块利用器件特性。还对上述材料进行了模拟,并与相同结构的传统栅极氧化物SiO2进行了比较。最后,结果证明,氧化钛(TiO2)器件是金属栅极钨硅化物(WSix)组合的最佳介电材料。该器件 (WSix/TiO2) 的驱动电流 (ION) 在阈值电压 (VTH) 为 0.534 V 时为 587.6 µA/um,而预测的目标值为 0.530 V,并且 IOFF 相对较低,为 1.92 pA/µm。该 ION 值符合国际半导体技术路线图 (ITRS) 2013 年对低性能 (LP) 技术预测的最低要求。
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