具有槽形结构的应变LDMOS器件研究

发布时间：2020-09-24 06:57

【摘要】：LDMOS器件相比其它功率器件,具有高可靠性,高线性度,高增益等优良电学特性。这些优点使LDMOS成为射频功率器件领域的研究热点。随着器件的特征尺寸不断减小,功率集成电路的集成度不断提高,射频功率器件的频率要求也越来越高。于是有研究人员提出将应变技术引入功率集成电路。通常在有PMOS器件的集成电路中,PMOS是限制集成电路性能的瓶颈,这对于功率集成电路也适用。通过在芯片表面淀积压应力膜可以使得PMOS的性能得到提升,但是这会使N型LDMOS的性能衰退,虽然可以将不利于LDMOS表面的CESL刻蚀掉,但是刻蚀的工艺难度较大,并且会损伤器件表面,从而会劣化器件性能。另外,如果在NLDMOS器件表面专门淀积一层张应力氮化硅膜,由于常规LDMOS漂移区与沟道区的应力性质是相反的,这使得只有沟道区迁移率得到提升,漂移区迁移率反而会下降,这使得应力膜的作用非常有限。有鉴于此,本文提出了一种CESL应变技术与槽形结构结合的新型LDMOS器件,利用槽形结构使得沟道应力发生反性,从而使得漂移区与沟道区应力性质一致,实现用压应力膜提升LDMOS的性能,并且相关工艺与应变PMOS工艺兼容,进而有利于NLDMOS与PMOS集成。根据固体力学理论,对于拥有局域凸起或凹陷的薄应变弹性材料而言,凸起或凹陷的区域与其外围区域的应力有很大的不同,甚至发生应力反性。本文就是利用这一效应,通过在应变硅表面制备适当的槽形结构,实现沟道应力的反性,从而提高器件的性能。通过TCAD进行的仿真验证了我们的想法,证实了具有槽形结构的应变LDMOS器件比普通器件性能有明显的提升。对于具有180nm栅长以及330nm漂移区的槽形漂移区NLDMOS,在采用上述应变结构后,其驱动电流提高了11.9%,最大跨导提高了10.9%,截止频率提高了10.6%,沟道中心载流子的迁移率提高了13.2%。仿真结果将为后续的实验工作提供数据支撑。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN386
【图文】：

业上都有较为成功的应用。对 LDMOS 器件的研究主要是集中在设计新结构、艺，期望以此来提高 LDMOS 器件的性能，比如降低导通电阻、提高击穿电驱动电流以及频率特性等。近三十年以来应变技术在小尺寸 MOSFET 应用方面取得了很大的进步。1992J. Welser，J. L. Hoyt 等人在国际电子器件会议(IEDM)上提出在 NMOS 器件的沟引入正应力使得沟道内的载流子迁移率大大提高从而提高器件的电学特性，，应变器件的迁移率相比于体硅器件提高了近 70%[17]。2003 年，M. P. Temple，J. Paul，Y. T. Tang 等人在国际半导体器件研究研讨会上提出采用锗硅虚拟衬术来制备 PMOS 器件，当栅压达到 1.5V 时，器件的驱动电流提高了 90%[18]。4 年，H. S. Yang，R. Malik，S. Narasimha 等人在国际电子器件会议上提出一种的 CMOS 器件，通过双应力线技术(Dual Stress Liner，DSL) 来提高 CMOS 器性能，其中，NMOSFET 和 PMOSFET 的有效驱动电流提高 15%以上，并且OS 增幅是 NMOS 的两倍[19]。2005 年，AMD 和 IBM 首次全面评估硅 CMOS中 NiSi 金属栅电极（FUSI）工艺与高应变 Si 沟道，如图 1-1 所示，NMOS 与OS 驱动电流都提高 20%[20]。

图 1-2 strained-Si/relaxed-SiGe 结构的 LDMOS 器件[21]M. Kondo，N. Sgii，Y. Hoshino 等人又一次的在国际电子器件会议(用锗硅虚拟衬底技术的 LDMOS 器件[22]，相对于传统 LDMOS MOS 器件具有更小的导通电阻、更大的驱动电流以及更高的频压特性变差了。年，V. Fathipour，M. A. Malakoutian 等人提出了一种新型功率 MO、沟道顶部以及 N 型漂移区有一层薄应变硅层[23]，成功的在沟入应力，明显的改善了器件的跨导、截止频率以及导通电阻，低。年 M. Miyamoto，N. Sugii，Y. Kumagai 等人利用掩埋多晶硅 Sink LDMOS 器件的沟道和漂移区[24]，其结构如图 1-3 所示。由于DMOS 晶体管的跨导增加了 12％，并且由于沟道和源极电阻减低了 16％，这直接导致了模拟功率电路有了更高的效率。

图 1-2 strained-Si/relaxed-SiGe 结构的 LDMOS 器件[21]M. Kondo，N. Sgii，Y. Hoshino 等人又一次的在国际电子器件用锗硅虚拟衬底技术的 LDMOS 器件[22]，相对于传统 LDMMOS 器件具有更小的导通电阻、更大的驱动电流以及更高压特性变差了。年，V. Fathipour，M. A. Malakoutian 等人提出了一种新型功率、沟道顶部以及 N 型漂移区有一层薄应变硅层[23]，成功的入应力，明显的改善了器件的跨导、截止频率以及导通电低。年 M. Miyamoto，N. Sugii，Y. Kumagai 等人利用掩埋多晶硅 LDMOS 器件的沟道和漂移区[24]，其结构如图 1-3 所示。DMOS 晶体管的跨导增加了 12％，并且由于沟道和源极电低了 16％，这直接导致了模拟功率电路有了更高的效率。

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本文编号：2825468