使用帶有提升式S/D結(jié)構(gòu)的凹槽SiGeS/D可以環(huán)節(jié)NBTI退化雖然采用應(yīng)力工程技術(shù)可以通過增強遷移率實現(xiàn)令人難以置信的性能增益,但也會引起器件的可靠性退化。尤其是還必須把負偏置溫度不穩(wěn)定性(NBTI)退化程度與要求實現(xiàn)的性能增益進行權(quán)衡。由于NBTI可使pMOSFET器件的閾值電壓發(fā)生變化,因此NBTI是一項重要的可靠性要求。在最近的研究工作中,韓國三星電子有限公司的HwaSungRhee及其同事與AppliedMaterials的YihwanKim及其同事一起探討了
使用帶有提升式S/D結(jié)構(gòu)的凹槽SiGe S/D 可以環(huán)節(jié)NBTI退化
雖然采用應(yīng)力工程技術(shù)可以通過增強遷移率實現(xiàn)令人難以置信的性能增益,但也會引起器件的可靠性退化。尤其是還必須把負偏置溫度不穩(wěn)定性(NBTI)退化程度與要求實現(xiàn)的性能增益進行權(quán)衡。由于NBTI可使p
MOSFET器件的閾值電壓發(fā)生變化,因此NBTI是一項重要的可靠性要求。
在最近的研究工作中,韓國三星
電子有限公司的
HwaSung Rhee及其同事與Applied Materials的Yihwan Kim及其同事一起探討了機械應(yīng)變對柵氧化物特性的影響,并為高性能pMOSFET做了可靠性預(yù)算。他們判斷,即使壓應(yīng)力
SiN膜可明顯提高pFET溝道的遷移率,氮化物中過量的氫也可使NBTI退化。這種退化取決于柵的長度和有源器件的寬度。他們確定使用帶有提升式S/D結(jié)構(gòu)的凹槽SiGe源/漏(S/D)可使NBTI退化得以緩解。
不過工程師們還必須對機械應(yīng)力和NBTI退化之間的相互作用做出全面了解。通常認為,高度壓縮氮化物薄膜加重了NBTI退化現(xiàn)象,主要是由于氫從含有高密度Si-H和N-H鍵的氮化物薄膜擴散進入氧化物中引起的。但是由于產(chǎn)生了大量的界面態(tài)和固定氧化物電荷,氧化物中的機械應(yīng)變也應(yīng)對NBTI退化負有一定的責(zé)任。
在三星/應(yīng)用材料公司的研究中,在500℃下通過PECVD法采用SiH4 和NH3氣源,在常用p溝道MOSFET上淀積SiN,做為接觸抗蝕層(CESL),采用傳統(tǒng)的
CMOS工藝制作＜2nm的氮氧化物柵。通過對等離子
電源和氣體混合物比例的調(diào)整,對CESL薄膜的本征機械應(yīng)力進行控制。在CESL淀積前,通過選擇生長具有20% Ge濃度的
40-80nm原位B摻雜SiGe,形成SiGe S/D結(jié)構(gòu)。把這一結(jié)構(gòu)與CESL和Si S/D結(jié)構(gòu)進行了比較。
100-140℃ 下使柵電極保持低恒定負偏壓(-2.0～-2.6V),并施加NBTI應(yīng)力。
在這項研究中,把高壓縮(>2GPa)CESL與SiGe S/D結(jié)構(gòu)相結(jié)合,實現(xiàn)的本征應(yīng)力約為1 Gpa,沒有觀察到NBTI的退化。研究者們判斷,帶有S/D提升結(jié)構(gòu)的SiGe S/D具有緩解橫向和垂直應(yīng)力的作用,并通過形成較長的通道阻擋氫擴散。結(jié)果還可使性能略有改進(但沒有整體提高)。另外,NiSi使溝道區(qū)形成張應(yīng)力。因此,S/D提升結(jié)構(gòu)能夠減弱NiSi對壓縮應(yīng)變溝道的退化作用。這一結(jié)構(gòu)的提升可使CESL和柵氧化物之間的擴散通路加長。研究者們發(fā)現(xiàn),提升Si S/D結(jié)構(gòu)不會引起NBTI退化,即使采用高氫含量的高壓縮氮化物膜也是如此。
Steve Chung和他在TW國立交通大學(xué)、長庚大學(xué)和聯(lián)華電子公司(
UMC)的同事在各自的研究中對采用混合襯底工程技術(shù)的器件和應(yīng)變硅器件的退化機理進行了研究。在應(yīng)變硅器件中他們發(fā)現(xiàn),熱載流子（HC）和負偏置溫度的主要退化機理可歸因于遷移率增強引起的橫向電場。但更重要的發(fā)現(xiàn)是,對于(
110)/(100) pFET/nFET器件來說,退化與遷移率增強之間的依賴關(guān)系較弱,但與結(jié)合強度密切相關(guān)。這一研究小組聲稱,這是關(guān)于應(yīng)變硅和混合晶向襯底之間不同失效機理的首次報告。
混合襯底工程技術(shù)很好地利用了(100)襯底的高電子遷移率和(110)襯底的高空穴遷移率特性。工程師們采用90nm生產(chǎn)技術(shù)制備了應(yīng)變Si/SiGe和(110)/(100) CMOS器件。應(yīng)變硅器件在本體硅上的SiON氧化層厚度為
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