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新型源漏结构MOSFET的设计和工艺制备研究

李定宇  
【摘要】: 随着MOSFET特征尺寸的不断减小,为了有效抑制器件的短沟道效应,一直以来,在MOSFET栅介质层厚度不断减小的同时,其源漏结深也不断减小。然而,随着器件尺寸进一步缩小到纳米尺度,超浅的源漏结深往往导致工艺难度显著增加,寄生效应大幅增强,从而使得源漏技术成为限制MOSFET器件进一步按比例缩小的瓶颈之一。目前,新型源漏技术的研究已成为国际集成电路制造领域的研究热点之一。对此,本文提出了两种新型的源漏技术,并通过模拟和实验进行了系统研究。 本文所提出的第一种新型源漏技术为“新型肖特基源漏MOSFET”。源漏问题的一种可能解决方案是采用新的源漏材料,如肖特基源漏。但是,常规肖特基源漏MOSFET都呈现了很高的关态电流。本文提出的肖特基源漏MOSFET有两种结构,一种为“不对称肖特基源漏MOSFET(ASSD MOSFET)”,其特征是:源漏肖特基势垒不对称,源端采用高势垒,漏端采用低势垒。另一种为“双层肖特基源漏MOSFET(DSSD MOSFET)”。其特征为:源漏具有双层结构,上层的肖特基势垒高度较低,用于获得较高的开态电流;而下层的肖特基势垒高度较高,用于限制器件的关态电流。模拟结果显示,以上两种器件结构都可以显著提高器件的关态特性,并且通过调整设计参数可以进一步优化新结构器件的性能。此外,还设计了这两种器件结构的自对准工艺制备方案。 本文所提出的第二种新型源漏技术为“TSB MOSFET”。TSB MOSFET的特征是源漏区与衬底间用绝缘层隔开,沟道和衬底连通,沟道区的掺杂采用阶梯函数的掺杂分布。模拟结果表明:TSB MOSFET能够获得比传统体硅器件和UTB器件更好或相似的抑制短沟道效应的能力和按比例缩小能力。设计了一种工艺制备方案并实验制备了TSB MOSFET。实验结果显示:所制备的TSB MOSFET具有与理论分析和模拟结果相一致的特性。同时,还设计了一种用于实现这种新器件结构的自对准工艺制备方法。 此外,开发了一种简单廉价可控性较强的超薄Fin条制备技术。


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