超深亞微米SiGe SOI MOSFETs的特性研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、應變Si/SiGe技術(shù)以其高載流子遷移率等優(yōu)異特性受到廣泛關注,但當前報道的應變溝道器件仍存在一些問題亟待解決,主要歸結(jié)為以下幾點: (1)制備應變溝道NMOS和PMOS分別要應用不同的應變材料,兩者制備工藝不兼容,限制了應變溝道器件的集成化應用。 (2)對于PMOS,Si cap的存在使柵控能力減弱,柵壓增大時容易產(chǎn)生寄生的空穴導電溝道,影響了PMOS的性能表現(xiàn)。 (3)應變溝道器件仍然是基于傳統(tǒng)單柵結(jié)構(gòu),無法

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題,制約了集成電路向更小的特征尺寸方向發(fā)展。 針對上述問題,本論文提出了雙柵雙應變溝道全耗盡SOI MOSFET新結(jié)構(gòu),建立了柵長為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,對應變Si、應變SiGe的主要物理模型進行了修正。利用三維器件模擬軟件ISE TCAD對器件單、雙柵模式下的單管直流特性和CMOS瞬態(tài)特性進行了模擬,并分析了影響器件性能的因

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

4、Ge導電,與體硅溝道器件相比,NMOS和PMOS的驅(qū)動能力均有顯著提高,CMOS瞬態(tài)特性的上升時間和下降時間同時縮短了約一倍。對PMOS用底柵作為控制柵,柵控能力和驅(qū)動能力均優(yōu)于頂柵控制,且消除了空穴寄生溝道的影響。 (3)作為雙柵應變溝道器件時,充分發(fā)揮了雙柵器件柵控能力強的優(yōu)點,能有效改善單柵器件在超短特征尺寸下性能退化的問題,其靜態(tài)和瞬態(tài)特性在單柵模式的基礎上有了更進一步的提高。本論文的最后一部分討論了該結(jié)構(gòu)的工藝實現(xiàn)問題

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