基于深槽調(diào)制CESL應(yīng)變的MOS器件設(shè)計.pdf

1、應(yīng)變硅技術(shù)是提升亞微米器件性能與增加集成密度最有潛力的方法,它能夠有效抑制器件短溝道效應(yīng),提升器件開關(guān)速度和驅(qū)動能力。應(yīng)變硅技術(shù)分為單軸應(yīng)變技術(shù)和雙軸應(yīng)變技術(shù)。單軸應(yīng)變技術(shù)相對于雙軸應(yīng)變技術(shù)有諸多優(yōu)勢,如面內(nèi)單軸應(yīng)力對載流子遷移率提升效果更顯著,應(yīng)用單軸應(yīng)變技術(shù)的器件閾值漂移不明顯。
　　應(yīng)變CESL(接觸刻蝕阻擋層)技術(shù)是最主要的單軸應(yīng)變技術(shù)之一,但還存在很多問題:1)NMOS和PMOS需要應(yīng)力性質(zhì)相反的單軸應(yīng)力分別提升性能,這

2、不僅需要分別淀積張、壓應(yīng)力的氮化硅薄膜,還需要增加掩膜來實現(xiàn)分區(qū)域淀積,增加了工藝復(fù)雜度。2)當(dāng)器件溝道尺寸進(jìn)一步縮小時,N-溝道和P-溝道的界限變得不容易區(qū)分,更增加了分區(qū)淀積的復(fù)雜度。為此,本文提出了一種深槽結(jié)構(gòu)用于調(diào)制應(yīng)變 CESL在器件溝道中引入的應(yīng)力,研究了其調(diào)制機(jī)理并設(shè)計了制作工藝。
　　首先,探討了氮化硅薄膜內(nèi)應(yīng)力的組成和形成機(jī)理,用動態(tài)降溫的過程模擬了薄膜和襯底系統(tǒng)的熱應(yīng)力,與常用的靜態(tài)熱力學(xué)仿真相比,該方法的結(jié)果

3、更加接近實際情況,考慮了材料屬性隨溫度的變化。然后基于氮化硅本征應(yīng)力的形成機(jī)理,用H原子在薄膜中的擴(kuò)散原理建立了硅/氮化硅系統(tǒng)退火引入應(yīng)力的模型。模型結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)基本一致。
　　其次,基于固體物理學(xué)中凸起結(jié)構(gòu)能夠引起局部區(qū)域應(yīng)力放大的基本原理,利用深槽大臺面實現(xiàn)了擴(kuò)大應(yīng)力的作用范圍,改變應(yīng)力的張、壓性質(zhì)和強(qiáng)度的效果。深槽大臺面在MOS器件中的實現(xiàn)辦法是用深槽結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中的淺槽隔離結(jié)構(gòu)。通過 TCAD輔助研究,發(fā)現(xiàn)無介質(zhì)填充

4、的深槽結(jié)構(gòu)能夠在溝道中引入與傳統(tǒng)氮化硅蓋帽技術(shù)相反的應(yīng)力,并且該技術(shù)對刻蝕深寬比沒有苛刻的要求,與常規(guī)CMOS工藝兼容。此外,仿真結(jié)果表明深槽結(jié)構(gòu)對CESL的應(yīng)力調(diào)制效果在短溝道器件中更加明顯。電學(xué)仿真結(jié)果表明覆蓋了壓應(yīng)變氮化硅薄膜的深槽結(jié)構(gòu)應(yīng)變NMOS相對于無應(yīng)變器件,其驅(qū)動能力提升了13.5％。
　　最后,為了實現(xiàn)準(zhǔn)確測量MOS器件溝道區(qū)域應(yīng)力,基于深槽結(jié)構(gòu)MOS器件的制作,提出了在溝道寬度方向添加電極,測量溝道寬度方向的電阻