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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
导　师: 胡辉勇
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 应变SiGe PMOSFET 工艺热载流子效应
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 硅基应变技术背景  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-10
    1.2.1 硅基应变MOSFET 研究现状  8-9
    1.2.2 MOSFET 热载流子效应研究现状  9-10
  1.3 研究内容及论文结构  10-11
第二章应变SiGe PMOSFET 的基本物理及电学特性  11-25
  2.1 应变SiGe 材料的基本物理特性  11-13
    2.1.1 应变SiGe 的形成机制及特点  11-12
    2.1.2 应变SiGe 本征载流子浓度和有效态密度  12-13
  2.2 器件结构及电学特性  13-19
    2.2.1 应变SiGe PMOSFET 的迁移率  14-15
    2.2.2 应变SiGe PMOSFET 的阈值电压模型  15-19
  2.3 M OS 器件热载流子效应  19-25
    2.3.1 MOSFET 热载流子效应及其产生机制  19-20
    2.3.2 不同栅偏置应力下的热载流子效应  20-25
第三章应变SiGe PMOSFET 制造工艺设计与优化  25-37
  3.1 器件结构优化  25-29
    3.1.1 硅帽层厚度对器件性能的影响  25-26
    3.1.2 应变SiGe 中Ge 组分对器件性能的影响  26-28
    3.1.3 器件结构对热载流子效应的影响  28
    3.1.4 器件结构优化结果  28-29
  3.2 工艺优化  29-32
    3.2.1 PMOSFET 工艺流程  29-30
    3.2.2 低温硅工艺  30-31
    3.2.3 二氧化硅淀积工艺  31-32
  3.3 器件制作工艺及测试  32-37
    3.3.1 器件制作工艺  32-33
    3.3.2 器件的测试  33-37
第四章热载流子效应研究  37-53
  4.1 热载流子测试技术  37-39
  4.2 应变SiGe PMOSFET 栅电流模型  39-45
    4.2.1 栅电流的形成机制  39-40
    4.2.2 栅电流模型的建立  40-42
    4.2.3 栅电流模型的仿真  42-45
  4.3 应变SiGe PMOSFET 的衬底电流  45-49
    4.3.1 衬底电流的形成  45-46
    4.3.2 衬底电流模型的建立  46-48
    4.3.3 衬底电流模型的仿真与分析  48-49
  4.4 LDD 结构的热载流子效应研究  49-51
    4.4.1 LDD 掺杂浓度  50-51
    4.4.2 LDD 掺杂深度  51
  4.5 降低热载流子效应的措施  51-53
第五章应变SiGe PMOSFET 阈值电压漂移特性  53-63
  5.1 热载流子效应诱生器件损伤机制  53-56
    5.1.1 器件破键电流引起的界面态产生机制  53-54
    5.1.2 界面态引起器件电学特性退化机制  54-56
  5.2 应变SiGe PMOSFET 阈值电压漂移模型  56-58
    5.2.1 电压漂移模型建立  56-57
    5.2.2 电压漂移模型仿真  57-58
  5.3 验证方案设计  58-60
    5.3.1 器件选取  58
    5.3.2 验证方案设计  58
    5.3.3 验证平台的设计  58-60
  5.4 测试结果及分析  60-63
第六章总结与展望  63-65
致谢  65-67
参考文献  67-70

应变SiGe PMOSFET制造工艺与热载流子效应研究

内容摘要

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