论文摘要
应变硅技术通过采用适当的工艺或材料在MOS器件的沟道中引入应力,改变硅的能带结构、电导有效质量以及载流子的散射概率,提高载流子的迁移率。由于在提高器件电学性能方面的卓越表现,应变技术一直是半导体技术研究的焦点,并逐渐得到了应用。目前,业界对应变硅器件的研究主要集中在应力的引入方式、工艺改进及新型器件结构开发等方面。近年来,业界也开始越来越多地关注应变对MOS器件电学参数模型的影响,以及应变硅器件的稳定性、可靠性问题。例如,SiGe衬底应变MOS器件的阈值电压模型,应变MOS器件的关态漏电流、栅诱导泄漏电流(GIDL),偏压温度不稳定性(BTI)退化等。随着沟道应力的增加,在载流子迁移率提高的同时,应变MOS器件的高掺杂浓度、薄栅氧化层厚度、短沟道长度会引起泄漏电流的增大,使器件稳定性受到严重影响。本文首先针对SiGe源漏应变PMOS器件,在分析Si/SiGe的能带、态密度和本征载流子浓度等参数与Ge组分的基础上,通过求解一维及二维泊松方程,探索了影响SiGe源漏PMOS器件阈值电压的因素,并通过TCAD工具Sentaurus进行了验证。其次,利用变分法得到了SiGe源漏PMOS短沟道效应与SiGe源漏中Ge组分的关系,讨论了Ge组分对器件稳定性的影响。结果表明,应变PMOS的阈值电压随Ge组分的增加而减小,沟道长度及漏源电压也是影响应变PMOS阈值电压的关键因素,而Ge组分对器件短沟道效应的影响并不大。根据Intel公司90 nm工艺下栅长50 nm的PMOS单轴应变硅器件工艺流程,采用Sentaurus Process进行了工艺模拟,并依据已有测试结果对Sentaurus Device电学模拟结果进行了修正,对应变PMOS的关态漏电流、GIDL电流进行了模拟研究。结果表明,随着SiGe源漏Ge组分的增加,沟道应力增大,空穴迁移率提高,SiGe/Si之间价带差亦随之增大,引起关态漏电流增大;而GIDL电流随着Ge组分的增大而减小,且漏源电压较大时更易产生GIDL电流。最后,对严重影响深亚微米MOS器件寿命的BTI退化进行了研究。结果表明,相较于体Si器件,应变PMOS的NBTI退化更严重,温度的增加,以及氢在氧化层中扩散速率的增加均会增加NBTI的退化。