Modélisation d’un dopage JNRDM 2005 – Journées Nationales du Réseau Doctoral en Microélectronique Modélisation d’un dopage non-uniforme de substrat pour les transistors MOS submicroniques A. Regnier (1) J.M.Portal (1) R.Bouchakour (1) M.Renovell (2) The slide guide is available in the following file: slidesV4.3.ppt: PowerPoint 2000 format. Viewable also with PowerPoint ’97. (1) (2) LIRMM

Contexte Nouveaux nœuds technologiques (130nm, 90nm, 65nm, 45nm, 32nm) Amélioration des performances et de la densité d’intégration avec la diminution des dimensions The purpose of this presentation is threefold: 1. It documents standards which must be met and guidelines for good practice. 2. This presentation follows the standards and guidelines that it contains. With the obvious exception of the “Bad examples” portion, the slide guide is an example of a presentation that conforms to both standards and guidelines. 3. This presentation may be used as a starting point for your own ITC slides. Simply replace the text and diagrams that you see here with your own information. Difficultés pour contrôler : VTh, IOFF, ION

Objectifs Pour contrôler : VTh, IOFF ou courants de fuite, ION CMOS Bulk avec des étapes process supplémentaires (Implant Halo) Nouvelles architectures de transistor (SOI, GAA etc…) Nouveaux mécanismes de défaillance

Plan Principe des implants Halo Modèle électrique segmenté du MOS Simulation d’une défaillance de dopage Conclusion This is an outline for the major areas of your presentation -- what you’re going to talk about. You should not include the title, introduction or conclusion in your outline. Just highlight the major areas of your talk.

Principe des implants Halo NMOSREF Structure de référence simulée avec DESSIS (ISE) VGS (V) IOFF ID (A) ID (A) VDS (V) ION ID (A) VTh VGS (V)

Principe des implants Halo Grille Drain Source Substrat N P Implant Halo: - Même type de dopant (P) que le dopage du substrat (P) Implantation avec un angle donné Grille Drain Source Substrat N P P+

Structure NMOSHI avec les implants Halo Principe des implants Halo ID (A) VGS (V) IOFF Structure NMOSHI avec les implants Halo ID (A) ID (A) VDS (V) ION VTh VGS (V)

Plan Principe des implants Halo Modèle électrique segmenté du MOS Simulation d’une défaillance de dopage Conclusion This is an outline for the major areas of your presentation -- what you’re going to talk about. You should not include the title, introduction or conclusion in your outline. Just highlight the major areas of your talk.

L1,M - new = (LEFF-init/K).(N1,M - new/ N1,M - init) Modèle électrique segmenté du MOS Line 1 Line i Line M Col. 1 Col. K Col. j D R A I N S O U C E L1,M LEFF L1,M - new = (LEFF-init/K).(N1,M - new/ N1,M - init) Syrzycki «Modeling of Gate Oxide Shorts in MOS Transistors », IEEE Trans. On Computer Aided Design, 1989

Modèle électrique segmenté du MOS Grille Drain Source Substrat N P Modèle Dérive / Diffusion valide dans tous les régimes de fonctionnement du MOS Calcul des charges du SC : QSC = QDepletion + QInversion Calcul du potentiel de surface S Calcul du courant IDS du drain vers la source Avec une loi de mobilité en fonction du dopage µ0=µDop donnée par Masetti G. Masetti et al., “Modeling of Carrier Mobility Against Carrier Concentration in Arsenic-, Phosphorus- and Boron-doped Silicon”, IEEE Trans. On Electron Devices, vol. ED-30,pp.764-69,1983.

Modèle électrique du MOS – Caractérisation NMOSREF L1,M - new = (LEFF-init/K) N1,M – new = N1,M - init ID (A) ID (A) Problème de continuité VDS (V) VGS (V)

Concentration globale (atoms/cm3) Modèle électrique du MOS – Validation NMOSHI L1,M - new = (LEFF-init/K).(N1,M - new/ N1,M - init) Leff (µm) N3,j - new N2,j - new N4,j - new Concentration globale (atoms/cm3) N1,j - new N5,j - new

Modèle électrique du MOS – Validation NMOSHI L1,M - new = (LEFF-init/K).(N1,M - new/ N1,M - init) ID (A) ID (A) Problème de continuité VDS (V) VGS (V)

Plan Principe des implants Halo Modèle électrique segmenté du MOS Simulation d’une défaillance de dopage Conclusion This is an outline for the major areas of your presentation -- what you’re going to talk about. You should not include the title, introduction or conclusion in your outline. Just highlight the major areas of your talk.

Défaillance lors d’un implant Halo Simulation d’une défaillance de dopage Line 1 Line i Line M Col. 1 Col. K Col. j D R A I N S O U C E Défaillance lors d’un implant Halo

Concentration globale (atoms/cm3) Simulation d’une défaillance de dopage Leff (µm) Concentration globale (atoms/cm3)

Problème de continuité Simulation d’une défaillance de dopage ID (A) ID (A) Problème de continuité VDS (V) VGS (V) Résultats similaires avec le modèle compact segmenté et les simulations numériques 3D Modèle permettant d’étudier de façon arbitraire une défaillance de dopage dans le substrat d’un transistor MOS Temps de simulation: en heure pour ISE / en minute pour le modèle segmenté

Plan Principe des implants Halo Modèle électrique segmenté du MOS Simulation d’une défaillance de dopage Conclusion This is an outline for the major areas of your presentation -- what you’re going to talk about. You should not include the title, introduction or conclusion in your outline. Just highlight the major areas of your talk.

Conclusion Modèle compact permettant d’étudier un dopage substrat non constant (MOS avec un implant Halo) Bonnes concordances avec les simulations numériques 3D Temps de simulation rapide

Perspectives Amélioration de la loi de Mobilité du modèle Extraction de signature électrique d’une défaillance d’un implant Halo Etude du comportement dynamique du modèle pour la simulation de circuit I (A) VDS (V) Simulation du NMOS avec le défaut de l’implant halo