45纳米应变硅MOS器件关键技术研究

摘要

随着集成电路产业快速发展,不断缩小的芯片特征尺寸成为保持摩尔定律向前推进的技术动力。然而随着器件尺寸的减小,出现了一系列涉及器件材料、物理、结构、工艺等方方面面的问题,尤其是当器件尺寸进入纳米级之后,MOS器件短沟道效应变的越发显著。若要保持Moore定律发挥作用,就必须采用新材料、新技术以及新的器件结构。应变技术的引入使得材料能带结构可以调整,器件载流子迁移率得到很大提高,又由于与传统硅工艺相兼容而受到广泛研究并已经应用于大规模集成电路制造中。
　　本文首先设计了应变SiN/PMOS器件结构,该结构沟道采用SDE与HALO结构以降低短沟道效应影响,通过在MOS顶覆盖SiN膜分别对NMOS和PMOS引入单轴张应力和压应力,在PMOS设计中引入嵌入式源漏硅锗进一步提高应力。研究了应变Si MOS相关电学特性随物理参数变化趋势,分析了各结构参数对器件性能的影响机理并优化相关工艺参数,在此基础上,对本文所设计的应变SiN/PMOS器件性能进行了仿真验证,结果表明应变硅NMOS和PMOS饱和电流相比于非应变NMOS和PMOS分别提升了27.7％和15.7%。研究CMOS反相器静态特性与动态特性,对CMOS相关参数进行优化,分析应力引入对反相器性能的影响,用优化后的应变硅N/PMOS建立CMOS反相器并搭建三级环形振荡器,对环形振荡器进行仿真,仿真结果表明,应变硅环形振荡器频率相比于体硅环形振荡器振荡频率提高了22%,验证本文所设计器件的优越性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 硅基 CMOS 技术发展及研究现状

1.3 本论文研究内容与章节安排

第二章 应变对 MOS 影响机理与引入机制

2.1 应变对 Si 能带结构的影响

2.2 应变对 Si 载流子迁移率的影响

2.3 应变引入机制

2.4 本章小结

第三章 应变硅 N/PMOS 器件设计与优化

3.1 Sentaurus TCAD 仿真环境

3.2 N/PMOS 器件关键结构设计

3.3 应变硅 N/PMOS 电学特性模型

3.4 NMOS 器件优化与实现

3.5 PMOS 器件优化与实现

3.6 本章小结

第四章 环形振荡器设计研究

4.1 反相器结构设计

4.2 应变硅 CMOS 反相器静态特性

4.3 CMOS 反相器动态性能

4.4 环形振荡器设计与仿真

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

研究成果