美國飛思卡爾半導體(Freescale Semiconductor)與法國Soitec集團,在“2006 Symposium on VLSI Technology”上發表了一項新技術,通過向形成于具有雙軸性變性的SOI(silicon on insulator)底板上的晶體管施加由工藝導致的單軸性應變,以提高晶體管的性能。通常,用這種方法難以同時提高nMOS和pMOS二者的性能,此次采用特殊的離子嵌入技術和退火工藝解決了這一問題。
目前的應變Si技術,大多是利用SiN覆蓋層等的應力,沿晶體管的溝道方向施加單軸性應變,這種情況下柵長較長的晶體管會產生應變減弱的問題。對此,如果使用在晶圓面內的X、Y方向上分別具有應變的應變SOI底板,則無論柵長如何,均可外加基本穩定的應變。然而,此時nMOS或pMOS中任意一方的性能改善率將會下降。原因是,若要提高性能,nMOS需要有拉伸應變,pMOS需要有壓縮應變。
只在pMOS側減輕拉伸應變
此次使用了在晶圓面內的X、Y方向上分別具有拉伸應變的SOI底板。這種情況下,nMOS可以通過使用SiN覆蓋層進一步施加拉伸應變而實現高性能化。另一方面,需要壓縮應變的pMOS在這種情況下難以實現高性能化。于是,引進了只在柵極形成化的pMOS區域選擇性地實施離子嵌入和退火,以減輕SOI底板的拉伸應變的工藝。在這種工藝中,nMOS區域的拉伸應變幾乎不產生?浠?T?MOS區域,首先減輕由SOI導致的拉伸應變,然后通過SiN覆蓋層以及嵌入的SiGe源極和漏極施加壓縮應變。
通過試驗結果確認了,在nMOS方面,與只在SiN覆蓋層外加應變的SOI底板相比,通過引進應變SOI底板,飽和漏電流增加了18%。在pMOS方面也已確認,相對于組合使用應變SOI底板和嵌入式SiGe時的情況,通過減輕應變SOI底板的拉伸應力,飽和漏電流增加了16%。
目前的應變Si技術,大多是利用SiN覆蓋層等的應力,沿晶體管的溝道方向施加單軸性應變,這種情況下柵長較長的晶體管會產生應變減弱的問題。對此,如果使用在晶圓面內的X、Y方向上分別具有應變的應變SOI底板,則無論柵長如何,均可外加基本穩定的應變。然而,此時nMOS或pMOS中任意一方的性能改善率將會下降。原因是,若要提高性能,nMOS需要有拉伸應變,pMOS需要有壓縮應變。
只在pMOS側減輕拉伸應變
此次使用了在晶圓面內的X、Y方向上分別具有拉伸應變的SOI底板。這種情況下,nMOS可以通過使用SiN覆蓋層進一步施加拉伸應變而實現高性能化。另一方面,需要壓縮應變的pMOS在這種情況下難以實現高性能化。于是,引進了只在柵極形成化的pMOS區域選擇性地實施離子嵌入和退火,以減輕SOI底板的拉伸應變的工藝。在這種工藝中,nMOS區域的拉伸應變幾乎不產生?浠?T?MOS區域,首先減輕由SOI導致的拉伸應變,然后通過SiN覆蓋層以及嵌入的SiGe源極和漏極施加壓縮應變。
通過試驗結果確認了,在nMOS方面,與只在SiN覆蓋層外加應變的SOI底板相比,通過引進應變SOI底板,飽和漏電流增加了18%。在pMOS方面也已確認,相對于組合使用應變SOI底板和嵌入式SiGe時的情況,通過減輕應變SOI底板的拉伸應力,飽和漏電流增加了16%。