单Halo全耗尽应变Si绝缘硅金属氧化物半导体场效应管的-物理学报.PDF

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 10 (2013) 108501 单Halo 全耗尽应变Si 绝缘硅金属氧化物半导体 场效应管的阈值电压解析模型* † 辛艳辉 刘红侠 范小娇 卓青青 ( 西安电子科技大学微电子学院, 宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室, 西安 710071 ) ( 2012年11月24 日收到; 2012年12月17 日收到修改稿) 为了改善金属氧化物半导体场效应管(MOSFET) 的短沟道效应(SCE)、漏致势垒降低(DIBL) 效应, 提高电流 的驱动能力, 提出了单Halo 全耗尽应变硅绝缘体(SOI) MOSFET 结构, 该结构结合了应变Si, 峰值掺杂Halo 结构, SOI 三者的优点. 通过求解二维泊松方程, 建立了全耗尽器件表面势和阈值电压的解析模型. 模型中分析了弛豫层中 的Ge 组分对表面势、表面场强和阈值电压的影响, 不同漏电压对表面势的影响, Halo 掺杂对阈值电压和DIBL 的 影响. 结果表明, 该新结构能够抑制SCE 和DIBL 效应, 提高载流子的输运效率. 关键词: 应变Si, 阈值电压, 短沟道效应, 漏致势垒降低 PACS: 85.30.De, 85.30.Hi, 85.35.−p DOI: 10.7498/aps.62.108501 应获得具有特殊性能的应变材料, 使应变Si 中的 1 引言 电子和空穴的迁移率得到显著增强, 应用能带工程, 在器件设计中可以获得更大的自由度. 同时, 应变 传统绝缘硅金属氧化物半导体场效应管 硅技术与与常规工艺有良好的兼容性, 已得到广泛 (silicon-on-insulator metal oxide semiconductor field 3−5 的研究 . effect transistor, SOI MOSFET) 器件具有功耗低、 当器件缩小到 100 nm 以下时, SOI MOSFET 抗干扰能力强、集成密度高(隔离面积小)、速度 的DIBL 效应比较明显, 近年来, Halo 技术通过在 高(寄生电容小)、抗辐照能力强等优点. 随着SOI 沟道源/漏端注入较高的杂质浓度, 能够提高载流子 顶层硅膜厚度减薄到全耗尽工作状态(硅膜厚度小 输运效率, 并对DIBL 有一定的抑制效果. 研究表 于有效耗尽区宽度) 时, 全耗尽的SOI 器件比传统 明, Halo 结构可以抑制源- 漏穿通效应, 减小阈值 SOI 器件具有更优越的特性, 更适合于高性能超大 67 电压降低幅度, 提高载流子输运效率 . Halo 结 规模集成电路ULSI. 但是, 随着全耗尽SOI 技术的 构有对称的, 也有非对称的. 已有报道表明, 仅在沟 不断发展, MOSFET 器件的尺寸缩小到深亚微米和 道靠近源端处引入Halo 区, 可以在很大程度上降 纳米尺度, 器件的短沟道效应(short channel effect, 8 低关态截止电流 . SCE)、漏感应势垒降低效应(drain induced barrier 本文集应变Si 技术, Halo 结构和SOI 结构的优