應變SiGe溝道SOI CMOS的特性研究.pdf

1、集成電路進入深亞微米以后，傳統的體硅CMOS寄生效應和遷移率不匹配問題亟待解決，針對體硅中器件尺寸縮小引起的寄生效應，可以采取SOI(Silicon on Insulator)結構，針對硅基CMOS電路中遷移率不匹配的缺點，可以采取Si/SiGe應變層異質結結構，本論文把SOI結構和Si/SiGe異質結技術結合起來，以SOI結構為襯底，制作成具有應變SiGe溝道的SOI MOSFET，從模型建立、單管和CMOS特性分析等幾個方面對器件特

2、性進行了研究。 建立了0.15um全耗盡應變SiGe溝道SOI CMOS的器件結構模型，利用三維器件模擬軟件ISE TCAD對器件單管直流特性、CMOS瞬態(tài)特性及傳輸特性進行了分析。為確保模擬的準確性，對應變SiGe、應變Si的主要物理模型進行了修正，模擬時采用了更為精確的流體力學能量輸運模型。模擬結果表明，與普通SOI CMOS結構相比，SiGe溝道SOI CMOS的驅動能力和電路速度明顯提高，其中，PMOS的提高幅度尤為顯著

3、。 對SiGe SOI PMOS的溫度特性進行了分析，結果表明，溫度升高，其驅動電流嚴重退化，閾值電壓大幅下降，泄漏電流劇增。對影響其溫度特性的自加熱效應進行了分析，發(fā)現SiGe SOI PMOS具有比普通SOI結構更嚴重的自加熱效應，且自加熱效應隨著溫度的升高逐漸減小。對三種可以緩解自加熱效應的新型埋層結構進行比較，結果表明，DSOI結構不適于低壓全耗盡型SOI器件，Si<,3>N<,4> DSOI結構對自加熱的改善幅度較小，

4、相比之下，Si<,3>N<,4>埋層結構效果最好。隨著溫度的升高，Si<,3>N<,4>埋層結構相對于SiGe SOI結構的優(yōu)勢減小。 另外，由于SiGe SOI結構對NMOS性能提高幅度較小，因此對高電子遷移率的SGOI結構進行研究，結果表明，與SiGe SOI CMOS相比，其優(yōu)點是對NMOS性能提高的幅度較大，缺點是制備工藝復雜，成本較高。 本文對深亞微米全耗盡型SiGe SOI CMOS進行了模擬分析，得到的結論