氮化硅膜致小尺寸金属氧化物半导体晶体管沟道单轴应变物理机理

作     者：杨旻昱 宋建军 张静 唐召唤 张鹤鸣 胡辉勇 Yang Min-Yu;Song Jian-Jun;Zhang Jing;Tang Zhao-Huan;Zhang He-Ming;Hu Hui-Yong

作者机构：西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件重点实验室西安710071 中电集团24所模拟集成电路重点实验室重庆400060 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2015年第64卷第23期

页      面：388-395页

核心收录：

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：模拟集成电路重点实验室基金(批准号:P140c090303110c0904) 陕西省自然科学基础研究计(批准号:2014JQ8329)资助的课题 

主　　题：单轴应变 金属氧化物半导体晶体管 氮化硅 物理机理 

摘      要：应力作用下MOS性能可显著提升,小尺寸MOS沟道中单轴应力的引入可通过在MOS表面覆盖淀积SiN膜实现.虽然该工艺已广泛应用于MOS性能的提升,但有关SiN膜致MOS沟道应力的产生机理、作用机理,以及SiN膜结构与MOS沟道应力类型关联性等方面的研究仍需深入探讨.本文基于ISE TCAD仿真,提出了分段分析、闭环分析和整体性分析三种模型.通过对Si MOS源、栅、漏上多种SiN膜淀积形式的深入分析,揭示了SiN膜致MOS沟道应力产生与作用物理机理.研究发现:1)台阶结构是SiN膜导致MOS沟道应变的必要条件;2)SiN膜具有收缩或者扩张的趋势,SiN膜主要通过引起MOS源/漏区域Si材料的形变,进而引起沟道区Si材料发生形变;3)整体SiN膜对沟道的应力等于源/漏上方SiN膜在源/漏所施加的应力、闭环结构对沟道内部所施加的应力以及SiN膜的完整性在沟道产生的应力的总和.本文物理模型可为小尺寸MOS工艺制造,以及MOS器件新型应力引入的研究提供有价值的参考.