硅基應(yīng)變MOSFET的研究和設(shè)計(jì).pdf

1、Si CMOS技術(shù)以其低能耗、高集成度、高效率、高可靠性以及優(yōu)良的噪聲性能在集成電路中占據(jù)統(tǒng)治地位。對(duì)于深亞微米尺寸的器件,為了提高載流子遷移率,需要采用新的材料代替Si材料做為導(dǎo)電溝道,但是新材料也不可避免的帶來(lái)很多新的缺點(diǎn)和需要解決的問(wèn)題,所以用成熟的Si材料作為超大規(guī)模集成電路的材料還是現(xiàn)階段集成電路的第一選擇。Si基應(yīng)變技術(shù)不僅提高了Si基材料器件的性能,更重要的是延長(zhǎng)了價(jià)格高昂的工藝設(shè)備的使用年限,最大限度的節(jié)約了成本。所以S

2、i基應(yīng)變技術(shù)成為深亞微米Si CMOS電路繼續(xù)向高速、高性能發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。
　　 本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面開展了研究工作,主要內(nèi)容分為三部分:Si基應(yīng)變MOSFET器件的物理模型和電學(xué)特性研究；Si基應(yīng)變MOSFET器件的制備；以及高k柵介質(zhì)應(yīng)變MOS器件的制備以及包括界面特性,電學(xué)特性的研究和分析。具體的主要研究工作和成果如下:
　　 1.通過(guò)求解泊松方程建立了應(yīng)變Si NMOSFET和PMOSFET以及SSOI(S

3、trained—Si on Insulator)NMOSFET的閾值電壓模型和亞閾電流模型,并用二維器件仿真工具ISE對(duì)所建立的模型進(jìn)行驗(yàn)證和分析,為應(yīng)變Si NMOSFET和PMOSFET以及SSOI NMOSFET的物理參數(shù)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　 2.通過(guò)求解泊松方程建立應(yīng)變Si/應(yīng)變SiGe/SiGe雙溝道PMOSFET的表面溝道和埋層溝道的閾值電壓模型,以及保證埋層溝道先于表面溝道開啟的條件。所建模型通過(guò)了ISE仿真

4、工具的驗(yàn)證。并分析了各個(gè)物理結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)閾值電壓的影響。為應(yīng)變Si/應(yīng)變SiGe/SiGe雙溝道PMOSFET的物理參數(shù)設(shè)計(jì)提供了重要參考。此模型還可以用于應(yīng)變SiGe量子阱PMOSFET的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　 3.基于前面章節(jié)所建模型和討論分析,對(duì)應(yīng)變Si NMOSFET和應(yīng)變SiGe量子阱PMOSFET進(jìn)行了包括結(jié)構(gòu)物理參數(shù),版圖,以及工藝的設(shè)計(jì),并最終完成了應(yīng)變Si NMOSFET和應(yīng)變SiGe量子阱PMOSFET的制備和測(cè)試。

5、測(cè)試結(jié)果顯示,與普通Si MOSFET相比,應(yīng)變Si NMOSFET的跨導(dǎo)提高了兩倍,而應(yīng)變SiGe量子阱PMOSFET的跨導(dǎo)提高了一倍。
　　 4.分析了不同退火溫度和電應(yīng)力對(duì)HfO2柵介質(zhì)應(yīng)變Si和應(yīng)變SiGe MOS器件的特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,高溫退火會(huì)降低HfO2應(yīng)變Si和HfO2應(yīng)變SiGeMOS器件柵介質(zhì)常數(shù),并且隨著退火溫度的增加,其介電常數(shù)會(huì)不斷減小,而柵漏電流減小,同時(shí)氧化層電荷和陷阱大大減小。對(duì)比了同樣?xùn)?/p>