應變SiGe-Si異質結CMOS關鍵技術研究.pdf

1、SiGe技術將能帶工程和應變工程引入了Si器件和集成電路。利用SiGe/Si能帶的不連續(xù)性，可以設計電子(或空穴)量子阱；利用生長SiGe/Si贗晶產生的應變效應可以改變材料性質，提高載流子的遷移率。由于SiGe技術與Si工藝相兼容，具有維系Si工藝巨大經濟性的優(yōu)勢，受到廣泛關注和重視。 利用張應變Si電子遷移率和壓應變SiGe空穴遷移率比體Si高的優(yōu)越特性，可以制作出高性能的n-MOSFET和p-MOSFET。但要在同一層結構

2、的材料上實現(xiàn)n-MOSFET和p-MOSFET的集成則比較困難，因為空穴和電子輸運在不同的材料層，所需生長的層結構不同。 針對這一問題，本論文對集成應變Si和應變SiGe溝道的SiGe/Si異質結CMOS(HCMOS)進行了較深入研究。分析了應變Si和應變SiGe溝道MOSFET器件的結構和工作機理，包括表面溝道、埋溝、調制摻雜和雙溝道結構，討論了制備器件的關鍵技術——馳豫SiGe“虛襯底”。詳細介紹了SiGe/SiHCMOS結

3、構和優(yōu)缺點。 本文提出了一種新穎的垂直層疊共柵結構SiGe/SiHCMOS。該結構同時包含壓應變Si1-xGex空穴量子溝道和張應變Si電子量子溝道。p-MOSFET和n-MOSFET采用完全一致的層結構設計，二者共同合用一個多晶Si1-xGex柵電極，而且不需要注阱和腐蝕有源層，技術與Si工藝相兼容。且SiGe/SiHCMOS面積比體SiCMOS縮小了一半，器件性能將大幅度提高。 在建立應變Si和應變SiGe材料物理參

4、數(shù)模型基礎上，采用二維數(shù)值器件模擬工具Medici對所提出的垂直層疊共柵結構SiGe/SiHCMOS進行了模擬和分析，包括直流穩(wěn)態(tài)特性、交流小信號特性、瞬態(tài)特性，驗證其可行性。深入研究了器件閾值電壓、特征頻率、跨導、驅動電流等電學參數(shù)與器件幾何結構參數(shù)和材料物理參數(shù)之間的關系。揭示了所提出的層結構的作用及其對器件性能所顯示的優(yōu)越性，如器件結構中所設計的馳豫Si0.7Ge0.3中間層對應變Si1-xGex(x＞0.3)溝道中空穴和應變Si