應(yīng)變SiGe溝道SOI CMOS的特性研究.pdf_第1頁
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1、集成電路進(jìn)入深亞微米以后,傳統(tǒng)的體硅CMOS寄生效應(yīng)和遷移率不匹配問題亟待解決,針對(duì)體硅中器件尺寸縮小引起的寄生效應(yīng),可以采取SOI(Silicon on Insulator)結(jié)構(gòu),針對(duì)硅基CMOS電路中遷移率不匹配的缺點(diǎn),可以采取Si/SiGe應(yīng)變層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),本論文把SOI結(jié)構(gòu)和Si/SiGe異質(zhì)結(jié)技術(shù)結(jié)合起來,以SOI結(jié)構(gòu)為襯底,制作成具有應(yīng)變SiGe溝道的SOI MOSFET,從模型建立、單管和CMOS特性分析等幾個(gè)方面對(duì)器件特

2、性進(jìn)行了研究。 建立了0.15um全耗盡應(yīng)變SiGe溝道SOI CMOS的器件結(jié)構(gòu)模型,利用三維器件模擬軟件ISE TCAD對(duì)器件單管直流特性、CMOS瞬態(tài)特性及傳輸特性進(jìn)行了分析。為確保模擬的準(zhǔn)確性,對(duì)應(yīng)變SiGe、應(yīng)變Si的主要物理模型進(jìn)行了修正,模擬時(shí)采用了更為精確的流體力學(xué)能量輸運(yùn)模型。模擬結(jié)果表明,與普通SOI CMOS結(jié)構(gòu)相比,SiGe溝道SOI CMOS的驅(qū)動(dòng)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(duì)SiGe SOI PMOS的溫度特性進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,溫度升高,其驅(qū)動(dòng)電流嚴(yán)重退化,閾值電壓大幅下降,泄漏電流劇增。對(duì)影響其溫度特性的自加熱效應(yīng)進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)SiGe SOI PMOS具有比普通SOI結(jié)構(gòu)更嚴(yán)重的自加熱效應(yīng),且自加熱效應(yīng)隨著溫度的升高逐漸減小。對(duì)三種可以緩解自加熱效應(yīng)的新型埋層結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較,結(jié)果表明,DSOI結(jié)構(gòu)不適于低壓全耗盡型SOI器件,Si<,3>N<,4> DSOI結(jié)構(gòu)對(duì)自加熱的改善幅度較小,

4、相比之下,Si<,3>N<,4>埋層結(jié)構(gòu)效果最好。隨著溫度的升高,Si<,3>N<,4>埋層結(jié)構(gòu)相對(duì)于SiGe SOI結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)減小。 另外,由于SiGe SOI結(jié)構(gòu)對(duì)NMOS性能提高幅度較小,因此對(duì)高電子遷移率的SGOI結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,結(jié)果表明,與SiGe SOI CMOS相比,其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)NMOS性能提高的幅度較大,缺點(diǎn)是制備工藝復(fù)雜,成本較高。 本文對(duì)深亞微米全耗盡型SiGe SOI CMOS進(jìn)行了模擬分析,得到的結(jié)論

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