单轴应变硅pmos设计和nbti效应的研究

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1、随着集成电路的特征尺寸进入纳米级，传统的CMOS等比例缩小越来越难以持续。应变硅具有带隙可调、载流子迁移率高等优点，因此，被认为是延续Moore定律最有潜力的新技术。在应变硅技术中，单轴应变相对双轴应变工艺更简单，成本更低，并且与目前成熟的Si工艺更兼容。因此，对单轴应变硅器件的研究成为了国内外的热点。本文围绕单轴应变硅PMOS，研究了SiN致应变、SiGe源漏致应变和复合应变，及影响小尺寸PMOS可靠性的NBTI(负偏置温度不稳定性)效应。首先，研究了SiN致应变。设计了SiN致应变硅PMOS结构，并在Sentau

2、rus中用工艺仿真实现。仿真和分析了其电学性能，结果表明SiN致应变硅PMOS器件性能提升明显。针对SiN致应变硅PMOS性能的提升，本文进一步研究了SiN膜的应力、厚度、栅长、Poly高度、侧墙结构对PMOS性能的影响。其次，研究了SiGe源漏致应变。通过在常规PMOS的源漏区外延生长SiGe仿真实现了高性能的PMOS器件，结果表明性能也获得了显著提高。本文又分别研究了Ge摩尔组分、SiGe结深、抬高高度及栅长对PMOS性能的影响。另外，本文还研究了结合SiN致应变和SiGe源漏致应变的复合应变，结果表明PMOS性

3、能提升更显著。最后，本文研究了应变硅PMOS的NBTI效应。研究了NBTI产生机理、退化模型，NBTI导致的界面态退化，进而导致PMOS器件性能退化，结果表明NBTI受温度应力、电压应力、栅氧中H的扩散系数的影响，其中对温度应力最敏感。温度越高，栅电压越大，栅氧中H扩散越快，器件性能退化就越严重。另外，本文还研究了栅氧厚度对NBTI效应的影响，结果表明栅氧越薄，NBTI导致的器件性能退化越小。为了抑制PMOS的NBTI效应，本文还给出优化方法以供未来设计性能更好、可靠性更高的PMOS参考。关键词：单轴应变硅PMOSF

4、ET负偏置温度不稳定性单轴应变硅PMOS设计与NBTI效应研究ABSTRACTAbstractAsthefeaturesizesofICenteredintothenanoscale，itiSmoreandmoredimcultforconventionalCMOStoscaledown．StrainedSihasatunablebandgap，highercarriermobility,etc．，thereforewasconsideredthemostpromisingnewtechnologytocontinu

5、eMoore’SLaw．Relativetobiaxialstrainprocess，theuniaxialstrainissimpler,lowercost，andismorecompatiblewiththematureSitechnology．Therefore，itisahotspottostudytheuniaxialstrainedSideviceathomeandabroad．ThispaperfocusesonuniaxialstrainedSiPMOS，studiedtheSiN—inducedst

6、rain，SiGeinducedstrainandcompound—inducedstrain，andNBTIeffectofthesmallsizePMOS．Firstly,thispaperstudiedSiN-inducedstrain．DesignedstructureandprocessesofPMOSinSentaurusSimulation．Simulateditselectricalproperties，andtheresultsshowtheperformanceofSiN—inducedstrai

7、nPMOSimprovedsignificantly．FurtherstudiedtheSiNfilmstress，thickness，gatelength，Polyheight，sidewallstructureimpactonPMOSperformance．Secondly,thispaperstudiedSiGe-inducedstrain．TheresultsofsimulationshowedtheperformanceofSiGe—inducedPMOSisalsoimpovedsignificantly

8、．OtherstudiedthemolefractionofGe，SiGejunctiondepth，heightandgatelengthimpactonPMOSperformance．Inaddition，thispaperstudiedthecombinationofSiN—inducedstrainandSiGe-inducedstra