【摘要】：LDMOS器件相比其它功率器件,具有高可靠性,高線性度,高增益等優(yōu)良電學(xué)特性。這些優(yōu)點(diǎn)使LDMOS成為射頻功率器件領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。隨著器件的特征尺寸不斷減小,功率集成電路的集成度不斷提高,射頻功率器件的頻率要求也越來(lái)越高。于是有研究人員提出將應(yīng)變技術(shù)引入功率集成電路。通常在有PMOS器件的集成電路中,PMOS是限制集成電路性能的瓶頸,這對(duì)于功率集成電路也適用。通過(guò)在芯片表面淀積壓應(yīng)力膜可以使得PMOS的性能得到提升,但是這會(huì)使N型LDMOS的性能衰退,雖然可以將不利于LDMOS表面的CESL刻蝕掉,但是刻蝕的工藝難度較大,并且會(huì)損傷器件表面,從而會(huì)劣化器件性能。另外,如果在NLDMOS器件表面專門淀積一層張應(yīng)力氮化硅膜,由于常規(guī)LDMOS漂移區(qū)與溝道區(qū)的應(yīng)力性質(zhì)是相反的,這使得只有溝道區(qū)遷移率得到提升,漂移區(qū)遷移率反而會(huì)下降,這使得應(yīng)力膜的作用非常有限。有鑒于此,本文提出了一種CESL應(yīng)變技術(shù)與槽形結(jié)構(gòu)結(jié)合的新型LDMOS器件,利用槽形結(jié)構(gòu)使得溝道應(yīng)力發(fā)生反性,從而使得漂移區(qū)與溝道區(qū)應(yīng)力性質(zhì)一致,實(shí)現(xiàn)用壓應(yīng)力膜提升LDMOS的性能,并且相關(guān)工藝與應(yīng)變PMOS工藝兼容,進(jìn)而有利于NLDMOS與PMOS集成。根據(jù)固體力學(xué)理論,對(duì)于擁有局域凸起或凹陷的薄應(yīng)變彈性材料而言,凸起或凹陷的區(qū)域與其外圍區(qū)域的應(yīng)力有很大的不同,甚至發(fā)生應(yīng)力反性。本文就是利用這一效應(yīng),通過(guò)在應(yīng)變硅表面制備適當(dāng)?shù)牟坌谓Y(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)溝道應(yīng)力的反性,從而提高器件的性能。通過(guò)TCAD進(jìn)行的仿真驗(yàn)證了我們的想法,證實(shí)了具有槽形結(jié)構(gòu)的應(yīng)變LDMOS器件比普通器件性能有明顯的提升。對(duì)于具有180nm柵長(zhǎng)以及330nm漂移區(qū)的槽形漂移區(qū)NLDMOS,在采用上述應(yīng)變結(jié)構(gòu)后,其驅(qū)動(dòng)電流提高了11.9%,最大跨導(dǎo)提高了10.9%,截止頻率提高了10.6%,溝道中心載流子的遷移率提高了13.2%。仿真結(jié)果將為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)工作提供數(shù)據(jù)支撐。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN386
【圖文】：

業(yè)上都有較為成功的應(yīng)用。對(duì) LDMOS 器件的研究主要是集中在設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)、藝，期望以此來(lái)提高 LDMOS 器件的性能，比如降低導(dǎo)通電阻、提高擊穿電驅(qū)動(dòng)電流以及頻率特性等。近三十年以來(lái)應(yīng)變技術(shù)在小尺寸 MOSFET 應(yīng)用方面取得了很大的進(jìn)步。1992J. Welser，J. L. Hoyt 等人在國(guó)際電子器件會(huì)議(IEDM)上提出在 NMOS 器件的溝引入正應(yīng)力使得溝道內(nèi)的載流子遷移率大大提高從而提高器件的電學(xué)特性，，應(yīng)變器件的遷移率相比于體硅器件提高了近 70%[17]。2003 年，M. P. Temple，J. Paul，Y. T. Tang 等人在國(guó)際半導(dǎo)體器件研究研討會(huì)上提出采用鍺硅虛擬襯術(shù)來(lái)制備 PMOS 器件，當(dāng)柵壓達(dá)到 1.5V 時(shí)，器件的驅(qū)動(dòng)電流提高了 90%[18]。4 年，H. S. Yang，R. Malik，S. Narasimha 等人在國(guó)際電子器件會(huì)議上提出一種的 CMOS 器件，通過(guò)雙應(yīng)力線技術(shù)(Dual Stress Liner，DSL) 來(lái)提高 CMOS 器性能，其中，NMOSFET 和 PMOSFET 的有效驅(qū)動(dòng)電流提高 15%以上，并且OS 增幅是 NMOS 的兩倍[19]。2005 年，AMD 和 IBM 首次全面評(píng)估硅 CMOS中 NiSi 金屬柵電極（FUSI）工藝與高應(yīng)變 Si 溝道，如圖 1-1 所示，NMOS 與OS 驅(qū)動(dòng)電流都提高 20%[20]。

圖 1-2 strained-Si/relaxed-SiGe 結(jié)構(gòu)的 LDMOS 器件[21]M. Kondo，N. Sgii，Y. Hoshino 等人又一次的在國(guó)際電子器件會(huì)議(用鍺硅虛擬襯底技術(shù)的 LDMOS 器件[22]，相對(duì)于傳統(tǒng) LDMOS MOS 器件具有更小的導(dǎo)通電阻、更大的驅(qū)動(dòng)電流以及更高的頻壓特性變差了。年，V. Fathipour，M. A. Malakoutian 等人提出了一種新型功率 MO、溝道頂部以及 N 型漂移區(qū)有一層薄應(yīng)變硅層[23]，成功的在溝入應(yīng)力，明顯的改善了器件的跨導(dǎo)、截止頻率以及導(dǎo)通電阻，低。年 M. Miyamoto，N. Sugii，Y. Kumagai 等人利用掩埋多晶硅 Sink LDMOS 器件的溝道和漂移區(qū)[24]，其結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示。由于DMOS 晶體管的跨導(dǎo)增加了 12％，并且由于溝道和源極電阻減低了 16％，這直接導(dǎo)致了模擬功率電路有了更高的效率。

圖 1-2 strained-Si/relaxed-SiGe 結(jié)構(gòu)的 LDMOS 器件[21]M. Kondo，N. Sgii，Y. Hoshino 等人又一次的在國(guó)際電子器件用鍺硅虛擬襯底技術(shù)的 LDMOS 器件[22]，相對(duì)于傳統(tǒng) LDMMOS 器件具有更小的導(dǎo)通電阻、更大的驅(qū)動(dòng)電流以及更高壓特性變差了。年，V. Fathipour，M. A. Malakoutian 等人提出了一種新型功率、溝道頂部以及 N 型漂移區(qū)有一層薄應(yīng)變硅層[23]，成功的入應(yīng)力，明顯的改善了器件的跨導(dǎo)、截止頻率以及導(dǎo)通電低。年 M. Miyamoto，N. Sugii，Y. Kumagai 等人利用掩埋多晶硅 LDMOS 器件的溝道和漂移區(qū)[24]，其結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示。DMOS 晶體管的跨導(dǎo)增加了 12％，并且由于溝道和源極電低了 16％，這直接導(dǎo)致了模擬功率電路有了更高的效率。

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