论文部分内容阅读
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0.45μm-2μm。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。