[논문]FinFET의 게이트산화막 두께에 따른 문턱전압특성

한지형; 정학기; 이재형; 정동수; 이종인; 권오신

[국내논문] FinFET의 게이트산화막 두께에 따른 문턱전압특성
Gate Oxide Thickness Dependent Threshold Voltage Characteristics for FinFET 원문보기

한지형 (군산대학교 전자정보공학부) , 정학기 (군산대학교 전자정보공학부) , 이재형 (군산대학교 전자정보공학부) , 정동수 (군산대학교 전자정보공학부) , 이종인 (군산대학교 전자정보공학부) , 권오신 (군산대학교 전자정보공학부)

본 연구에서는 FinFET 제작시 단채널효과에 가장 큰 영향을 미치는 게이트산화막두께에 따른 문턱전압의 변화를 관찰하고자한다. 산화막두께의 영향을 분석하기 위하여 분석학적 3차원 포아송방정식을 이용한 전송모델을 사용하였다. 나노구조 FinFET에서 문턱전압에 영향을 미치는 구조적 요소 중 게이트 산화막은 매우 중요한 소자파라미터이다. 본 연구의 모델이 타당하다는 것을 입증하기 위하여 포텐셜분포값을 3차원 수치해석학적 값과 비교하였다. 결과적으로 본 연구에서 제시한 포텐셜모델이 3차원 수치해석학적 시뮬레이션모델과 매우 잘 일치하였으며 FinFET의 산화막두께에 따라 문턱전압특성을 분석하였다.

In this paper, the dependence of threshold voltage on the gate oxide thickness, which it mostly influenced on short channel effects in fabrication of FinFET, has been investigated. The transport model based on three dimensional Possion's equation has been used to analyze influence on gate oxide thickness. The gate oxide thickness is the most important factor to influence on the threshold voltage in nano structure FinFET. The potential distributions of this model are compared with those of three dimensional numerical simulation to verify this model. As a result, since potential model presented in this paper is good agreement with hree dimensional numerical model, the threshold voltage characteristics have been considered according to the gate oxide thickness of FinFET.

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문제 정의

문턱전압은 정확히 설계되지 않으면 소자의 완벽한 동작을 보장할 수 없는 소자설계에서 가장 중요한 전기적 인자이다. 그러므로 본 논문에서는 3차원 포아송방정식을 이용하여 게이트산화막두께에 따른 문턱전압의 변화를 관찰하고 설명할 것이다.
본 논문에서는 FinFET의 게이트 산화막두께가 문턱전압에 미치는 영향을 고려하고자한다. 문턱전압은 정확히 설계되지 않으면 소자의 완벽한 동작을 보장할 수 없는 소자설계에서 가장 중요한 전기적 인자이다.
이 논문에서는 게이트산화막의 두께에 따라 문턱전압의 변화를 관찰하였다. 이를 위하여 이미 기존의 논문에서 검증된 분석학적 포아송방정식이 사용되었으며 채널길이의 변화에 따라 게이트전압에 따른 드레인 전류의 변화를 관찰하며 문턱전압을 구하였다.

제안 방법

이 논문에서는 게이트산화막의 두께에 따라 문턱전압의 변화를 관찰하였다. 이를 위하여 이미 기존의 논문에서 검증된 분석학적 포아송방정식이 사용되었으며 채널길이의 변화에 따라 게이트전압에 따른 드레인 전류의 변화를 관찰하며 문턱전압을 구하였다. 이때 게이트전압은 상단게이트에 인가한 전압이다.
즉, Ψ1D, Ψ2D, Ψ3D의 값을 더하여 총 포텐셜을 구하였으며 이에 대한 검증도 기존의 논문에서 발표하였다.

이론/모형

그림 1은 이 논문에서 사용한 FinFET의 개략도이다. 이 구조의 x,y,z방향에 대한 포탠셜분포를 구하기 위하여 포아송방정식을 이용하였다.

성능/효과

이때 게이트전압은 상단게이트에 인가한 전압이다. 문턱전압은 게이트산화막의 두께에 따라 심하게 변화하며 상단게이트 산화막의 두께가 작을수록 그리고 하단게이트 산화막의 클수록 문턱전압의 절대값은 작아지는 것을 알 수 있었다. 특히 측면게이트 산화막두께에 따른 변화를 고찰해보면 채널길이에 따라 영향이 달라진다는 것을 알 수 있었다.
그림 2(c)의 측면 게이트산화막의 경우는 채널길이에 따라 문턱전압의 절대값이 변화하는 것을 알 수 있다. 즉 채널길이가 약 40nm보다 짧을 때는 측면 게이트산화막의 두께가 클수록 문턱전압의 절대값이 증가하나 채널길이가 약 40nm보다 클 때는 측면게이트 산화막의 두께가 작을때 문턱전압의 절대값이 증가하는 것을 알 수 있다. 그러므로 측면게이트 산화막의 두께는 채널길이에 따라 더욱 세심하게 제작되어야만 할 것이다.
문턱전압은 게이트산화막의 두께에 따라 심하게 변화하며 상단게이트 산화막의 두께가 작을수록 그리고 하단게이트 산화막의 클수록 문턱전압의 절대값은 작아지는 것을 알 수 있었다. 특히 측면게이트 산화막두께에 따른 변화를 고찰해보면 채널길이에 따라 영향이 달라진다는 것을 알 수 있었다. 이와같은 결과는 FinFET를 이용한 집적회로 설계에 이용될 수 있을 것이라 사료된다.

후속연구

특히 측면게이트 산화막두께에 따른 변화를 고찰해보면 채널길이에 따라 영향이 달라진다는 것을 알 수 있었다. 이와같은 결과는 FinFET를 이용한 집적회로 설계에 이용될 수 있을 것이라 사료된다.

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