双轴应变Si/应变SiGe CMOS关键技术研究

摘要

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SiGeCMOS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SiGeCMOS结构，分析了器件几何结构和物理参数对双轴应变SiGeCMOS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。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文的内容和结构

第二章 应变Si／应变SiGe技术

2．1 应变产生机制

2．2 应变Si物理特性

2．2．1 应变Si载流子有效质量

2．2．2 应变Si有效状态密度与本征载流子浓度

2．2．3 应变Si迁移率

2．3 应变SiGe物理特性

2．3．1 应变SiGe载流子有效质量

2．3．2 应变SiGe有效状态密度和本征载流子浓度

2．3．4 应变SiGe迁移率

2．4 应变引入技术

2．4．1 双轴应变技术

2．4．2 单轴应变技术

2．5 本章小结

第三章 双轴应变Si／应变SiGe MOS器件电学特性研究

3．1 应变Si／SiGe异质结及能带图结构

3．2 表面沟道应变Si NMOS

3．2．1 表面沟道应变Si NMOS阈值电压

3．2．2 表面沟道应变Si NMOS直流特性和跨导

3．2．3 表面沟道应变Si NMOS模拟分析

3．3 应变SiGe NMOS

3．3．1 应变SiGe NMOS阈值电压

3．3．2 应变SiGe NMOS直流特性和跨导

3．3．3 应变SiGe NMOS模拟分析

3．4 应变SiGe量子阱沟道PMOS

3．4．1 应变SiGe量子阱沟道PMOS阈值电压

3．4．2 应变SiGe量子阱沟道PMOS直流特性和跨导

3．4．3 应变SiGe量子阱沟道PMOS模拟分析

3．5 本章小结

第四章 双轴应变Si／应变SiGe COMS器件结构设计及实现

4．1 双轴应变Si／应变SiGe COMS的结构

4．2 应变SiGe CMOS设计

4．2．1 应变SiGe CMOS结构参数设计

4．2．2 器件结构参数优化设计

4．2．3 应变SiGe CMOS反相器仿真结果

4．3 硅基应变CMOS关键工艺

4．3．1 SiGe外延层的生长

4．3．2 SiO2淀积工艺

4．3．3 退火技术

4．3．4 器件制作工艺流程

4．4 应变Si CMOS设计与制备

4．4．1 应变Si CMOS结构参数设计

4．4．2 应变Si CMOS版图设计

4．4．3 应变Si CMOS反相器测试结果

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

研究成果