利用工艺诱生应变技术制备应变硅材料

摘要

应变硅技术由于其对载流子迁移率的提高作用，弥补了等比例缩小技术的极限问题，在业界得到了重视，并作为一项新技术应用于超深亚微米工艺中。应变硅技术的一个特点是张应力对NMOS晶体管性能的提高有利，而压应力对PMOS晶体管有利，因此本文旨在研究局部应变的引入。论文主要研究通过传统硅工艺在材料沟道中引入压应力和张应力，以便在不增加成本的前提下，达到提高器件性能的目的。
　　本文首先对Si材料价带和导带的能带结构与应力的关系进行了理论上的分析说明，并根据应力对能带结构的影响讨论了应变导致迁移率提高的原因。论文采用了STI工艺诱生应变和氮化硅盖帽工艺诱生应变两种方式制备应变硅材料，并分别进行了实验研究。
　　针对STI工艺诱生应变实验，通过机理分析，对有源区的长度 Lg，STI区的长度 Lsti等关键尺寸及工艺方法进行了优化设计，其中有源区长度 Lg设计为0.45?m-2?m。为保证实验的精确度，实验中针对各项关键工艺进行了控制研究。对实验获得的样品，采用SEM（扫描电镜）和HXRD（高分辨X射线双晶衍射）进行测试，结果表明STI技术使Si材料在沿表面方向上产生了压应变，并且应变的大小与隔离槽间距密切相关，这与理论分析吻合。
　　对于氮化硅盖帽工艺诱生应变实验，采用了两种淀积方式—LPCVD（低压化学气相淀积）和高频PECVD（高频等离子体增强化学气相淀积）。对于结果的测试与表征，采用高分辨X射线双晶衍射仪，通过进行(004)对称衍射和(111)斜对称衍射，得到材料在沿表面方向和垂直表面方向上的应变度，结果显示两种淀积方法都可以使Si材料产生应变，并且应变的大小与氮化硅膜的厚度关系密切。其中，LPCVD可以在器件沟道区中形成张应力的应变硅材料，而高频PECVD可以形成压应力的应变硅材料。
　　综上所述，工艺诱生应变方法可以以组合的方式应用于CMOS晶体管中，以提高NMOS和PMOS晶体管的性能和匹配性，本论文主要研究工艺诱生应变的方式及结构参数与应力的关系，在此基础上，实际的器件将会得到进一步的研究。

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第一章 引言

1.1 课题研究背景与意义

1.2 工艺诱生应变技术国内外发展状况

1.3 本论文主要研究内容

第二章 应变硅技术原理

2.1 应变硅技术

2.2 应变硅材料的能带结构

2.3 应变硅材料的迁移率

2.4 本章小结

第三章 STI工艺诱生应变实验与参数表征

3.1 STI工艺诱生应变的机理分析

3.2 STI工艺诱生应变实验

3.3 STI工艺诱生应变的表征与分析

3.4 本章小结

第四章 氮化硅盖帽工艺诱生应变实验与参数表征

4.1 氮化硅盖帽工艺诱生应变的机理分析

4.2 氮化硅盖帽层的淀积

4.3 氮化硅盖帽工艺诱生应变实验

4.4 测试表征方法研究

4.5 氮化硅盖帽工艺诱生应变实验的测试结果与分析

4.6本章小结

第五章 结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果