论文部分内容阅读
应变Si/SiGe技术以其高载流子迁移率等优异特性受到广泛关注,但当前报道的应变沟道器件仍存在一些问题亟待解决,主要归结为以下几点:(1)制备应变沟道NMOS和PMOS分别要应用不同的应变材料,两者制备工艺不兼容,限制了应变沟道器件的集成化应用。(2)对于PMOS,Si cap的存在使栅控能力减弱,栅压增大时容易产生寄生的空穴导电沟道,影响了PMOS的性能表现。(3)应变沟道器件仍然是基于传统单栅结构,无法有效改善超深亚微米特征尺寸下单栅器件栅控能力下降等问题,制约了集成电路向更小的特征尺寸方向发展。针对上述问题,本论文提出了双栅双应变沟道全耗尽SOI MOSFET新结构,建立了栅长为25nm的新器件结构模型。总结了双栅器件的物理模型,为了保证模拟的精确性,对应变Si、应变SiGe的主要物理模型进行了修正。利用三维器件模拟软件ISE TCAD对器件单、双栅模式下的单管直流特性和CMOS瞬态特性进行了模拟,并分析了影响器件性能的因素,如Ge组分,背栅偏压等。对PMOS顶栅和底栅控制模式下的电学特性进行了模拟和比较。根据模拟结果,新结构能很好地解决上述应变沟道器件的三类缺点:(1)新结构把应变Si和应变SiGe结合起来,在沟道区形成双应变层,N管和P管采用完全一致的层结构,仅通过改变掺杂类型和浓度来实现,这样就解决了两者工艺不兼容的问题。(2)新结构有单栅和双栅两种工作模式,作为单栅应变沟道器件时,分别用顶栅和底栅控制上层应变Si和下层应变SiGe导电,与体硅沟道器件相比,NMOS和PMOS的驱动能力均有显著提高,CMOS瞬态特性的上升时间和下降时间同时缩短了约一倍。对PMOS用底栅作为控制栅,栅控能力和驱动能力均优于顶栅控制,且消除了空穴寄生沟道的影响。(3)作为双栅应变沟道器件时,充分发挥了双栅器件栅控能力强的优点,能有效改善单栅器件在超短特征尺寸下性能退化的问题,其静态和瞬态特性在单栅模式的基础上有了更进一步的提高。本论文的最后一部分讨论了该结构的工艺实现问题,介绍了国内外典型应变沟道器件和双栅器件及其制备工艺,给出了新结构的工艺实现流程,新结构在当前工艺水平下可以实现。