超深亞微米SiGe SOI MOSFETs的特性研究.pdf

1、應(yīng)變Si/SiGe技術(shù)以其高載流子遷移率等優(yōu)異特性受到廣泛關(guān)注,但當(dāng)前報(bào)道的應(yīng)變溝道器件仍存在一些問(wèn)題亟待解決,主要?dú)w結(jié)為以下幾點(diǎn)： (1)制備應(yīng)變溝道NMOS和PMOS分別要應(yīng)用不同的應(yīng)變材料,兩者制備工藝不兼容,限制了應(yīng)變溝道器件的集成化應(yīng)用。 (2)對(duì)于PMOS,Si cap的存在使柵控能力減弱,柵壓增大時(shí)容易產(chǎn)生寄生的空穴導(dǎo)電溝道,影響了PMOS的性能表現(xiàn)。 (3)應(yīng)變溝道器件仍然是基于傳統(tǒng)單柵結(jié)構(gòu),無(wú)法

2、有效改善超深亞微米特征尺寸下單柵器件柵控能力下降等問(wèn)題,制約了集成電路向更小的特征尺寸方向發(fā)展。 針對(duì)上述問(wèn)題,本論文提出了雙柵雙應(yīng)變溝道全耗盡SOI MOSFET新結(jié)構(gòu),建立了柵長(zhǎng)為25nm的新器件結(jié)構(gòu)模型?？偨Y(jié)了雙柵器件的物理模型,為了保證模擬的精確性,對(duì)應(yīng)變Si、應(yīng)變SiGe的主要物理模型進(jìn)行了修正。利用三維器件模擬軟件ISE TCAD對(duì)器件單、雙柵模式下的單管直流特性和CMOS瞬態(tài)特性進(jìn)行了模擬,并分析了影響器件性能的因

3、素,如Ge組分,背柵偏壓等。對(duì)PMOS頂柵和底柵控制模式下的電學(xué)特性進(jìn)行了模擬和比較。根據(jù)模擬結(jié)果,新結(jié)構(gòu)能很好地解決上述應(yīng)變溝道器件的三類缺點(diǎn)： (1)新結(jié)構(gòu)把應(yīng)變Si和應(yīng)變SiGe結(jié)合起來(lái),在溝道區(qū)形成雙應(yīng)變層,N管和P管采用完全一致的層結(jié)構(gòu),僅通過(guò)改變摻雜類型和濃度來(lái)實(shí)現(xiàn),這樣就解決了兩者工藝不兼容的問(wèn)題。 (2)新結(jié)構(gòu)有單柵和雙柵兩種工作模式,作為單柵應(yīng)變溝道器件時(shí),分別用頂柵和底柵控制上層應(yīng)變Si和下層應(yīng)變Si

4、Ge導(dǎo)電,與體硅溝道器件相比,NMOS和PMOS的驅(qū)動(dòng)能力均有顯著提高,CMOS瞬態(tài)特性的上升時(shí)間和下降時(shí)間同時(shí)縮短了約一倍。對(duì)PMOS用底柵作為控制柵,柵控能力和驅(qū)動(dòng)能力均優(yōu)于頂柵控制,且消除了空穴寄生溝道的影響。 (3)作為雙柵應(yīng)變溝道器件時(shí),充分發(fā)揮了雙柵器件柵控能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),能有效改善單柵器件在超短特征尺寸下性能退化的問(wèn)題,其靜態(tài)和瞬態(tài)特性在單柵模式的基礎(chǔ)上有了更進(jìn)一步的提高。本論文的最后一部分討論了該結(jié)構(gòu)的工藝實(shí)現(xiàn)問(wèn)題