• 検索結果がありません。

Design Feasibility and Prospect of High-Performance Sub-50-nm-Channel Silicon-on-Insulator Single-Gate SOI MOSFET

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

シェア "Design Feasibility and Prospect of High-Performance Sub-50-nm-Channel Silicon-on-Insulator Single-Gate SOI MOSFET"

Copied!
17
0
0

読み込み中.... (全文を見る)

全文

(1)

Design Feasibility and Prospect of High‑Performance Sub‑50‑nm‑Channel

Silicon‑on‑Insulator Single‑Gate SOI MOSFET

著者 Omura Yasuhisa, Yoshimoto Kazuhisa

雑誌名 Science and technology reports of Kansai University = 関西大学理工学研究報告

巻 50

ページ 29‑44

発行年 2008‑03‑20

URL http://hdl.handle.net/10112/12438

(2)

Science and Technology Reports of Kansai University No. 50, 2008  29 

Design Feasibility and Prospect of HighPerformance Sub50nmChannel  SilicononInsulator SingleGate SOI MOSFET 

asuhisa OMURA叱 * *and Kazuhisa YOSHIMOTO** 

(Received October 2,  2007) 

Abstract 

This paper describes advanced results of our evaluation of the minimum channel length 

(Lmin).  For the first time, we have added the constraint of subthreshold swing to  that of  threshold voltage, which has already been proposed.  The Lmin definition that includes the  subthreshold swing constraint successfully yields a design guideline for low standby power  applications, while the Lmin definition based on the threshold voltage constraint does the  same for highspeed applications.  In contrast to previous predictions, simulation results  indicate that the planar singlegate SOI MOSFET promises better performance, clearing the  ITRS roadmap until at least 2007 for low standby power applications. 

Index terms: SOI MOSFET, planar, single gate, minimum channel, ITRS road map, high  speed, low standby power 

1.  Introduction 

The aggressive downscaling of MOSFET's is  being continuously pushed in order to realize  advanced applications that will better conform with social demands.  However, contemporary  downscaling raises various issues that must be addressed, such as shortchannel effectssignificant gate leakage

andvarious parasitic drawbacks, including inevitable large gate  fringing capacitance3l. In an attempt to overcome most of these difficulties,  attention is  being  focused on the SOI MOSFET4).  The SOI MOSFET can reduce source and drain parasitic  capacitances since it  replaces the semiconductordepletion region with a lowk insulator5).  In addition, the SOI MOSFET has significant benefits such as low‑power consumption, low threshold voltage, steep subthreshold swing, and radiation hardness4). 

The recent ITRS roadmap6) describes that conventional planar singlegate (SG) SOI  MOSFET technology cannot be applied to device generation beyond the 50‑nm node, but we  note that the technical discussion of this issue is  still  at the drawingboard stage.  One of the  authors (Omura) has already studied whether or not the sub50nmchannel SG SOI MOSFET  is  promising with regard to  future applications78);  this  resea.rch has predicted that 20nm channel SG SOI MOSFETs will indeed support highspeed applications71.  The previous papers  introduced an SG SOI MOSFET design guideline that was based on a model of minimum 

*ORDIST 

**Graduate School of Engineering2, Kansai University, 3335, Yamatecho, Suita, Osaka, 5648680  Japan 

(3)

30  asuhisa OMURA and Kazuhisa YOSHIMOTO 

channel length (Lminf), but support for various applications was not addressed comprehensively.  The previous model for Lmin was constructed on the basis of the results of many simulations  conducted from the viewpoint of highend applications.  However, we should reconsider the  latest guidance because a lowstandby power design guideline is  urgently needed for many  portable applications. 

In this paper, we propose an advanced design guideline for sub50nmchannel planar SG  SOI MOSFET's.  For the first time, we have taken into account the lateral di廿usionlength  of source and drain diffusion (L1d),  because it  plays a significant role in suppressing the short channel effect9).  We used a 2D device simulator (SynopsisDESS/S10)) with a hydrodynamic  transport model.  We propose new models for minimum channel length from the viewpoint  of subthreshold swing controlin other words, lowstandby power designs.  In addition, we  address the problem of how to design highperformance sub50nm channel SG SOI MOSFET's  that have lowstandby power consumption.  Intrinsic delay time and powerdelay product are  also discussed, using many simulation results.  It is  demonstrated that, in contrast to previous  predictions, sub50nm channel SG SOI MOSFET's retain their attraction for many applications. 

VG 

9

t b  

s t  + n source 

polySi gate  (Gate oxide layer)  ,,‑‑‑r‑‑‑‑‑‑‑,‑‑

ptype  body 

Vo  n d+ rain  (Buried oxide layer) 

ptype Si substrate 

Fig. 1 Schematic device structure assumed. 

Table 1.  Device parameters assumed in the simulations.  Device parameters 

Gate oxide thickness, t0x  SOI layer thickness, tsi 

Buried oxide layer thickness, tbox  SOI doping concentration, NA  Lateral diffusion length, L1d 

Substrate doping concentration, Nsub  Source/drain doping concentration, Ns/D  Gate polySi doping concentration, Ns;D 

Values [unit]  ‑5 [n

30 [nm]  10 ‑100 [nm]  3xl015 ‑lxl018 [cm3]  ‑30 [n

3xl017 [cm3]  4xl020 [cm3]  4xl020 [cm3] 

Table 3 .   P o s s i b l e  d e v i c e  p a r a m e t e r s  f o r  e a c h  t e c h n o l o g y  node ( F i g s

参照

関連したドキュメント

金沢大学大学院 自然科学研 究科 Graduate School of Natural Science and Technology, Kanazawa University, Kakuma, Kanazawa 920-1192, Japan 金沢大学理学部地球学科 Department

The Moral Distress Scale for Psychiatric nurses ( MSD-P ) was used to compare the intensity and frequency of moral distress in psychiatric nurses in Japan and England, where

[r]

[r]

この小論の目的は,戦間期イギリスにおける経済政策形成に及ぼしたケイ

 当教室では,これまでに, RAGE (Receptor for Advanced Glycation End-products) という分子を中心に,特に, RAGE 過剰発現トランスジェニック (RAGE-Tg)

 ヒト interleukin 6 (IL-6) 遺伝子のプロモーター領域に 結合する因子として同定されたNF-IL6 (nuclear factor for IL-6 expression) がC/EBP β である.C/EBP

雑誌名 哲学・人間学論叢 = Kanazawa Journal of Philosophy and Philosophical Anthropology.