應(yīng)變SiGe溝道SOI CMOS的特性研究.pdf

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)，針對硅基CMOS電路中遷移率不匹配的缺點，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特性分析等幾個方面對器件特

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，對應(yīng)變SiGe、應(yīng)變Si的主要物理模型進(jìn)行了修正，模擬時采用了更為精確的流體力學(xué)能量輸運模型。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)動電流嚴(yán)重退化，閾值電壓大幅下降，泄漏電流劇增。對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)相對于SiGe SOI結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢減小。 另外，由于SiGe SOI結(jié)構(gòu)對NMOS性能提高幅度較小，因此對高電子遷移率的SGOI結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，結(jié)果表明，與SiGe SOI CMOS相比，其優(yōu)點是對NMOS性能提高的幅度較大，缺點是制備工藝復(fù)雜，成本較高。 本文對深亞微米全耗盡型SiGe SOI CMOS進(jìn)行了模擬分析，得到的結(jié)論