应用于Si基器件的表面应力调制结构

摘要

当芯片特征尺寸进入深亚微米后，一些特定的小尺寸制造工艺会往器件沟道区引入应力，这会对器件性能产生影响。因此，在小尺寸下如何有效调制器件沟道区应力将显得尤为重要。通过对器件沟道区应力的调制使得器件性能可以更为灵活的被调控，从而以满足特定的需求。本文结合目前主要的槽形应力调制技术，将其应用在两种不同类型的器件，研究其对器件力学特性及电学特性的影响。 首先，针对小尺寸器件下为降低源漏接触电阻而采用NiSi电极时，由于NiSi电极会引入PMOSFET沟道区沿沟道方向单轴张应力而使得其电学特性下降的问题，提出了基于槽形应力调制结构的NiSi电极PMOSFET。通过计算仿真分析得到槽形应力调制结构可有效弛豫由NiSi电极引入器件沟道区的应力，并且将槽形应力调制结构尺寸调整至最优值时，可使PMOSFET沟道区沿沟道方向单轴张应力弛豫幅度达到最大值。并且相比较无应力调制结构时，采用槽形应力调制结构后，其器件转移特性和输出特性均得到有效提升。 其次，对于目前最主要的单轴应变技术CESL技术，当采用压应变CESL来提升PMOSFET电学特性时，压应变CESL会降低NMOSFET的电学特性，因此需要去除NMOSFET表面的压应变CESL，这会增大工艺复杂度。针对这一问题，提出了具有表面应力调制结构的应变NMOSFET。通过计算仿真分析，得出表面应力调制结构可有效弛豫由CESL引入NMOSFET器件沟道区的应力，并且弛豫幅度与表面应力调制结构的几何参数有关。通过设置表面应力调制结构几何参数至特定值，可使得NMOSFET沟道区沿沟道方向单轴压应力得到有效弛豫，其转移特性和输出特性也均得到有效提升。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究意义及背景

1.2 应变硅技术发展及状况

1.3 本论文主要研究内容

第二章 应变硅技术及应力对硅载流子迁移率影响机理

2.1 应力对硅载流子迁移率影响机理

2.1.1 应力对硅电子迁移率的影响机理

2.1.2 应力对硅空穴迁移率的影响机理

2.2 应力引入机制

2.2.1 全局应变（双轴应变）

2.2.2 局部应变（单轴应变）

2.3 应力调制技术

2.4 本章小结

第三章 基于槽形应力调制结构的NiSi电极PMOSFET器件研究

3.1 基于槽形应力调制结构的NiSi电极PMOSFET器件结构

3.2 基于槽形应力调制结构的NiSi电极PMOSFET沟道应力分析

3.2.1 槽尺寸对NiSi电极PMOSFET沟道区应力的影响

3.2.2 NiSi电极尺寸对沟道区应力的影响

3.3 基于槽形应力调制结构的NiSi电极PMOSFET电学特性分析

3.3.1 计算所采用的空穴迁移率模型

3.3.2 槽形应力调制结构对空穴迁移率的影响

3.3.3 槽形应力调制结构对器件转移特性的影响

3.2.4 槽形应力调制结构对器件输出特性的影响

3.4 本章小结

第四章 具有槽形表面应力调制结构的应变NMOSFET器件研究

4.1 具有槽形表面应力调制结构的应变NMOSFET器件结构

4.2 具有槽形表面应力调制结构的应变NMOSFET应力分析

4.2.1 表面应力调制结构几何参数对沟道应力的影响

4.2.2 不同沟道长度下表面应力调制结构对沟道应力的影响

4.3 具有表面应力调制结构的应变NMOSFET电学特性分析

4.3.1 槽形表面应力调制结构对电子迁移率的影响

4.3.2 槽形表面应力调制结构对器件转移特性的影响

4.3.3 槽形表面应力调制结构对器件输出特性的影响

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果