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应变sige PMOSFET制造工艺与热载流子效应研究

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应变SiGe PMOSFET制造工艺与热载流子效应研究

作者：肖庆西安电子科技大学

学位级别：硕士

由于应变sige材料价带能级分裂,有效地减小了空穴的有效质量、降低了带间散射,从而使空穴迁移率得到了大幅提高,将应变sige材料作为导电沟道能极大地提高PMOSFET的性能,而且应变sige工艺与传统的Si工艺具有很强的兼容性,因此,已经成为... 详细信息

由于应变sige材料价带能级分裂,有效地减小了空穴的有效质量、降低了带间散射,从而使空穴迁移率得到了大幅提高,将应变sige材料作为导电沟道能极大地提高PMOSFET的性能,而且应变sige工艺与传统的Si工艺具有很强的兼容性,因此,已经成为了研究得热点。本文阐述了应变sige的形成机制及制备方法,讨论了基本物理及电学特性,建立了应变sige材料的能带结构、有效质量、迁移率模型等主要物理、电学参数模型,利用器件仿真软件ISE-TCAD对,研究分析了sige层厚度、Ge组分、掺杂浓度、Si帽厚度等几何结构与材料物理参数对应变sige量子阱沟道PMOSFET的电学特性的影响。分析了低温Si和栅氧制备等主要工艺及其工艺参数对应变sige PMOSFET器件电学性能的影响,获得了优化的应变sige PMOSFET器件制造工艺流程,并制造出了样品初样,通过对样品直流特性的测试表明,器件性能达到了设计指标。分析了应变sige PMOSFET热载流子效应产生的机制及其对器件性能的影响,研究建立了应变sige PMOSFET栅电流模型和衬底电流模型,该模型增加了量子阱和平均自由程对电流的影响,仿真结果表明该模型符合实际情况,并提出了抑制应变sige PMOSFET热载流子效应的措施。在以上研究的基础上,分析了引起应变sige PMOSFET器件阈值电压漂移的因素,并建立了阈值电压漂移模型,利用Matlab软件对模型进行仿真,仿真结果表明与实验数据基本一致。本文的研究结果为应变sige器件与集成电路的设计、制造奠定了理论与实践基础。

关键词：应变sige PMOSFET 工艺热载流子效应

应变sige沟道SOI CMOS的特性研究

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应变SiGe沟道SOI CMOS的特性研究

作者：黄媛媛西安理工大学

学位级别：硕士

集成电路进入深亚微米以后,传统的体硅CMOS寄生效应和迁移率不匹配问题亟待解决,针对体硅中器件尺寸缩小引起的寄生效应,可以采取SOI(Silicon on Insulator)结构,针对硅基CMOS电路中迁移率不匹配的缺点,可以采取Si/sige应变层异质结结构... 详细信息

集成电路进入深亚微米以后,传统的体硅CMOS寄生效应和迁移率不匹配问题亟待解决,针对体硅中器件尺寸缩小引起的寄生效应,可以采取SOI(Silicon on Insulator)结构,针对硅基CMOS电路中迁移率不匹配的缺点,可以采取Si/sige应变层异质结结构,本论文把SOI结构和Si/sige异质结技术结合起来,以SOI结构为衬底,制作成具有应变sige沟道的SOI MOSFET,从模型建立、单管和CMOS特性分析等几个方面对器件特性进行了研究。建立了0.15μm全耗尽应变sige沟道SOI CMOS的器件结构模型,利用三维器件模拟软件ISE TCAD对器件单管直流特性、CMOS瞬态特性及传输特性进行了分析。为确保模拟的准确性,对应变sige、应变Si的主要物理模型进行了修正,模拟时采用了更为精确的流体力学能量输运模型。模拟结果表明,与普通SOI CMOS结构相比,sige沟道SOI CMOS的驱动能力和电路速度明显提高,其中,PMOS的提高幅度尤为显著。对sige SOI PMOS的温度特性进行了分析,结果表明,温度升高,其驱动电流严重退化,阈值电压大幅下降,泄漏电流剧增。对影响其温度特性的自加热效应进行了分析,发现sige SOI PMOS具有比普通SOI结构更严重的自加热效应,且自加热效应随着温度的升高逐渐减小。对三种可以缓解自加热效应的新型埋层结构进行比较,结果表明,DSOI结构不适于低压全耗尽型SOI器件,Si3N4 DSOI结构对自加热的改善幅度较小,相比之下,Si3N4埋层结构效果最好。随着温度的升高,Si3N4埋层结构相对于sige SOI结构的优势减小。另外,由于sige SOI结构对NMOS性能提高幅度较小,因此对高电子迁移率的SGOI结构进行研究,结果表明,与sige SOI CMOS相比,其优点是对NMOS性能提高的幅度较大,缺点是制备工艺复杂,成本较高。本文对深亚微米全耗尽型sige SOI CMOS进行了模拟分析,得到的结论对sige SOI MOS器件的设计和研制工作具有一定的参考价值。

关键词：全耗尽应变sige SOI 自加热效应

高性能应变sige PMOSFET器件结构设计与关键工艺研究

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高性能应变SiGe PMOSFET器件结构设计与关键工艺研究

作者：陈睿西安电子科技大学

学位级别：硕士

sige技术利用sige／si之间的带隙差和晶格失配率，将能带工程与应变工程引入si基器件与集成电路的制造当中，提高了器件载流子迁移率和器件结构设计的灵活性，从而增强了si基器件电学性能，为si集成电路的持续发展提供了一条有效的途径... 详细信息

sige技术利用sige／si之间的带隙差和晶格失配率，将能带工程与应变工程引入si基器件与集成电路的制造当中，提高了器件载流子迁移率和器件结构设计的灵活性，从而增强了si基器件电学性能，为si集成电路的持续发展提供了一条有效的途径。本文从弛豫si与sige材料的基本物理特性与应变sige材料的制备工艺入手，分析了应变SiCe材料的应力引入机制，基于弛豫si与sige材料的能带结构，重点研究了应变sige材料空穴迁移率增强机制，建立应变sige材料的迁移率、介电常数、价带带隙差等主要物理参数的解析模型;基于器件物理，结合应变sige PM（）s结构与制造工艺特点，采用耗尽层近似建立了量子阱沟道应变sige PM（）s的阈值电压模型，该模型反映了衬底与沟道掺杂浓度，沟道锗组分，硅帽厚度等物理与几何结构参数对阈值电压的影响;在以上研究的基础上，研究分析了应变sige材料制备温度与生长速度、离子注入能量与剂量、快速热退火时间与温度等关键工艺参数对量子阱沟道应变Si(}ePMOs器件物理、电学特性的影响;最后利用工艺仿真SilvaCO软件对器件性能与制备工艺进行仿真、优化，获得了优化的量子阱沟道应变sige PMOs器件制备工艺步骤与工艺条件，以及性能增强的器件结构模型，为应变sige器件的制造与应用奠定了技术基础。

关键词：应变sige PMOSFEI 量子阱沟道制备工艺离子注入

双轴应变Si/应变sige CMOS关键技术研究

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双轴应变Si/应变SiGe CMOS关键技术研究

作者：孙柳西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着CMOS器件的特征尺寸进入纳米级，传统的CMOS越来越难以按照原来速度等比例缩小，因此探索新型器件材料、研究新型器件结构已经成为提高集成电路性能的必然选择。应变Si/应变sige具有载流子迁移率高、带隙可调等优点，而且与目前已... 详细信息

随着CMOS器件的特征尺寸进入纳米级，传统的CMOS越来越难以按照原来速度等比例缩小，因此探索新型器件材料、研究新型器件结构已经成为提高集成电路性能的必然选择。应变Si/应变sige具有载流子迁移率高、带隙可调等优点，而且与目前已经很成熟的Si工艺相兼容，因此是延续摩尔定律最有潜力的新技术。本文通过理论分析和仿真重点研究双轴应变Si/应变sige CMOS关键理论与技术，主要包括双轴应变Si、应变sige材料基本物理属性以及双轴应变MOS器件物理模型及其电学特性。建立双轴应变MOS的阈值电压、I-V特性等关键电学参数模型并研究了双轴应变MOS器件的几何结构和物理参数与阈值电压的理论关系。提出双轴应变Si/应变sige CMOS结构，分析了器件几何结构和物理参数对双轴应变sige CMOS性能的影响，并对其结构参数进行设计和优化。在此基础上，研究了材料制备、栅氧化、退火等关键工艺，优化实现双轴应变SiCMOS的工艺流程，实现双轴应变SiCMOS的制备，并制备出双轴应变SiCMOS逻辑电路样品。

关键词：双轴应变应变Si 应变sige CMOS

基于应变Si/sige的CMOS电特性模拟研究

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半导体技术 2007年第5期32卷 397-401页

作者：舒斌张鹤鸣任冬玲王伟西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071

提出了一种应变Si/sige异质结CMOS结构,采用张应变Si作n-MOSFET沟道,压应变sige作p-MOSFET沟道,n-MOSFET与p-MOSFET采用垂直层叠结构,二者共用一个多晶sige栅电极。分析了该结构的电学特性与器件的几何结构参数和材料物理参数的关系,而... 详细信息

提出了一种应变Si/sige异质结CMOS结构,采用张应变Si作n-MOSFET沟道,压应变sige作p-MOSFET沟道,n-MOSFET与p-MOSFET采用垂直层叠结构,二者共用一个多晶sige栅电极。分析了该结构的电学特性与器件的几何结构参数和材料物理参数的关系,而且还给出了这种器件结构作为反相器的一个应用,模拟了其传输特性。结果表明所设计的垂直层叠共栅结构应变Si/sige HCMOS结构合理、器件性能提高。

关键词：异质结互补金属氧化物半导体场效应晶体管应变Si 应变sige 垂直层叠

应变sige PMOSFET栅电流模型研究

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信息化建设 2016年第3期 348-348页

作者：王颖陕西学前师范学院基建处

本文重点分析了应变Si Ge PMOSFET器件热载流子形成的机制,建立了栅电流模型,该模型增加了量子阱和平均自由程对电流的影响,通过仿真研究了栅氧化层厚度、沟道Ge组分对应变Si Ge PMOSFET器件栅电流的影响,仿真结果与实际情况一致,这为应... 详细信息

本文重点分析了应变Si Ge PMOSFET器件热载流子形成的机制,建立了栅电流模型,该模型增加了量子阱和平均自由程对电流的影响,通过仿真研究了栅氧化层厚度、沟道Ge组分对应变Si Ge PMOSFET器件栅电流的影响,仿真结果与实际情况一致,这为应变Si Ge MOSFET器件及集成电路的研究提供了理论与实践依据。

关键词：应变sige PMOSFET 氧化层栅电流

Si基双轴应变材料应变性能与关键工艺相关性研究

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Si基双轴应变材料应变性能与关键工艺相关性研究

作者：杨逊西安电子科技大学

学位级别：硕士

应变Si和应变sige由于其优越的电学性能并与传统的Si工艺兼容，为摩尔定律的延续提供了一种新的研究方向。在制造集成电路的过程中，工艺过程会影响应变Si和应变sige的应变性能，而这方面的研究又很少。为了指导工艺过程，本文将研究离... 详细信息

应变Si和应变sige由于其优越的电学性能并与传统的Si工艺兼容，为摩尔定律的延续提供了一种新的研究方向。在制造集成电路的过程中，工艺过程会影响应变Si和应变sige的应变性能，而这方面的研究又很少。为了指导工艺过程，本文将研究离子注入和热退火过程对应变Si和应变sige应变量的影响趋势。本文首先系统研究了拉曼散射法和XRD法，建立了拉曼散射的模型，得到拉曼法表征应变Si应力的方法;分析了XRD法测试材料的物理机制，提出了XRD方法计算应变sige应变量的方法。基于实际工艺过程，设计了研究应变Si和应变sige随离子注入类型、剂量、能量以及热退火温度、时间等关键工艺技术及参数的工艺试验方案。基于试验方案进行了多次相关试验，采用拉曼和XRD测试方法，对试验片的应力、Ge组分及其分布进行测试。测试结果表明：离子注入的剂量对应变Si的几乎没影响，对应变sige的影响明显;离子注入的能量对应变Si的影响很小，对应变sige的影响显著;对于应变sige，P+离子比B-离子引起的弛豫现象更明显。热退火温度对应变Si的应力影响甚微，对应变sige的影响显著;热退火时间对应变Si影响较小，对应变sige的影响较大。本文获得的有益的研究成果，对于制作应变Si和应变sige器件工艺条件具有重要的指导作用。

关键词：应变Si 应变sige 应力离子注入退火

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应变MOS器件特性研究

应变MOS器件特性研究

作者：倪明刚西安电子科技大学

学位级别：硕士

应变MOS器件是在以Si为基础的MOS器件制造过程中引入了应变。利用Si和sige的晶格常数差异可以产生压应变或张应变,从而提高载流子的迁移率。这使得MOS器件的性能在特征尺寸不变的情况下获得了很大的提升。此外,应变MOS器件还具有与传统... 详细信息

应变MOS器件是在以Si为基础的MOS器件制造过程中引入了应变。利用Si和sige的晶格常数差异可以产生压应变或张应变,从而提高载流子的迁移率。这使得MOS器件的性能在特征尺寸不变的情况下获得了很大的提升。此外,应变MOS器件还具有与传统的体Si工艺兼容、能带结构可调等优点。由于应变MOS器件有上述众多优点,在增加少量投资的情况,将它应用于现有的集成电路生产线中,不仅能够使芯片性能大幅提高,而且还将极大地延长耗资巨大的集成电路生产线的使用年限。因此,应变MOS器件具有很好的应用前景。另外,由于晶体Si中空穴迁移率比电子迁移率低,使PMOS的电流驱动能力和速度比NMOS差。因此Si基CMOS电路的性能在很大程度上受PMOS器件的制约。在CMOS集成电路设计中,为了使PMOS的性能与NMOS相匹配,通常PMOS的版图设计面积要比NMOS大2到3倍,这将会导致芯片集成度、速度的降低以及功耗的增加。应变sige量子阱沟道PMOS能够有效提高空穴迁移率,增强了PMOS的驱动能力。因此,在CMOS电路中可以采用宽长比较小的应变sige量子阱沟道PMOS来保证NMOS和PMOS的驱动能力基本一致,这样不但减小了芯片的面积,而且保证了CMOS对称性,提高了电路性能。本论文研究内容为应变MOS器件特性,为此做了以下研究工作:分析了应变MOS器件国内外研究发展状况,阐明了所面临的问题;从材料的基本物理属性出发,研究应变Si、应变sige的晶格结构和能带结构;分析了应变MOS器件的优势,说明了对应变MOS器件开展研究的意义。研究了应变MOS器件的基本原理和MOS器件的应力引入技术;深入学习Synopsys公司的器件模拟仿真工具ISETCAD,研究器件仿真方法和仿真模型;设计应变Si表面沟道NMOS器件结构和应变sige量子阱沟道PMOS器件结构。采用ISETCAD软件对所设计器件的主要电特性,如直流特性、跨导、特征频率等进行模拟仿真,并对主要的结构参数对器件性能的影响做了详细研究,以此来优化器件结构,提升器件性能。

关键词：应变Si 应变sige NMOS PMOS

超高调制效率高速硅基微环调制器设计、仿真、实现与测试

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超高调制效率高速硅基微环调制器设计、仿真、实现与测试

作者：张维上海交通大学

学位级别：硕士

云计算和大数据崛起的大背景下,芯片传输的数据量呈现爆发式增长,光传输相对于电传输带宽更大、损耗更小、功耗更低,所以片上数据传输逐渐呈现“铜退光进”的趋势。由于硅在红外通信波段透明并且能够与目前CMOS工艺兼容,硅基光电子逐渐... 详细信息

云计算和大数据崛起的大背景下,芯片传输的数据量呈现爆发式增长,光传输相对于电传输带宽更大、损耗更小、功耗更低,所以片上数据传输逐渐呈现“铜退光进”的趋势。由于硅在红外通信波段透明并且能够与目前CMOS工艺兼容,硅基光电子逐渐成为新的研究方向。电光调制器作为硅基光电子最重要器件之一,研究高调制效率的高速硅基微环调制器具有重要现实意义。本文提出一种基于压应变Si Ge及异型PN结结构的新型电光微环谐振调制器,通过优化设计、工艺实验及验证优化,在传统耗尽型微环调制器的基础上,采用硅波导上的外延压应变p-Si Ge层,有效地降低空穴有效质量,增加垂直P-Si Ge/n-Si结结面积,提高器件调制速率和低功耗;并在微环波导层采用波浪形异型PN结结构,扩大轴向PN结结面积,进一步提高器件调制效率,最终实现高调制效率的高速电光调制。实际工艺中使用一次光刻金属沉积同时制备Ti/Ti N/Al电极与50Ω电阻。单晶外延质量、接触电阻、掺杂方块电阻、50Ω匹配电阻、调制器光学特性、调制器直流电学特性经测试分析数据后都符合预期。最终测得传统微环调制器调制效率2.24V·cm,而波浪型PN结微环调制器和外延p-Si Ge微环调制器调制效率分别为1.88V·cm和0.74V·cm,调制效率有明显提升并且最高调制速率可以达到30Gbps。综上所述,本论文研究提出的基于应变p-Si Ge及波浪型PN结微环谐振调制器是实现一种高速调制速率和高调制效率的有效方法。

关键词：硅基光电子微环调制器调制效率调制速度应变sige PN结