美国飞思卡尔半导体(Freescale Semiconductor)与法国Soitec集团,在“2006 Symposium on VLSI Technology”上发表了一项新技术,通过向形成于具有双轴性变性的SOI(silicon on insulator)底板上的晶体管施加由工艺导致的单轴性应变,以提高晶体管的性能。通常,用这种方法难以同时提高nMOS和pMOS二者的性能,此次采用特殊的离子嵌入技术和退火工艺解决了这一问题。
目前的应变Si技术,大多是利用SiN覆盖层等的应力,沿晶体管的沟道方向施加单轴性应变,这种情况下栅长较长的晶体管会产生应变减弱的问题。对此,如果使用在晶圆面内的X、Y方向上分别具有应变的应变SOI底板,则无论栅长如何,均可外加基本稳定的应变。然而,此时nMOS或pMOS中任意一方的性能改善率将会下降。原因是,若要提高性能,nMOS需要有拉伸应变,pMOS需要有压缩应变。
只在pMOS侧减轻拉伸应变
此次使用了在晶圆面内的X、Y方向上分别具有拉伸应变的SOI底板。这种情况下,nMOS可以通过使用SiN覆盖层进一步施加拉伸应变而实现高性能化。另一方面,需要压缩应变的pMOS在这种情况下难以实现高性能化。于是,引进了只在栅极形成化的pMOS区域选择性地实施离子嵌入和退火,以减轻SOI底板的拉伸应变的工艺。在这种工艺中,nMOS区域的拉伸应变几乎不产生?浠?T?MOS区域,首先减轻由SOI导致的拉伸应变,然后通过SiN覆盖层以及嵌入的SiGe源极和漏极施加压缩应变。
通过试验结果确认了,在nMOS方面,与只在SiN覆盖层外加应变的SOI底板相比,通过引进应变SOI底板,饱和漏电流增加了18%。在pMOS方面也已确认,相对于组合使用应变SOI底板和嵌入式SiGe时的情况,通过减轻应变SOI底板的拉伸应力,饱和漏电流增加了16%。
目前的应变Si技术,大多是利用SiN覆盖层等的应力,沿晶体管的沟道方向施加单轴性应变,这种情况下栅长较长的晶体管会产生应变减弱的问题。对此,如果使用在晶圆面内的X、Y方向上分别具有应变的应变SOI底板,则无论栅长如何,均可外加基本稳定的应变。然而,此时nMOS或pMOS中任意一方的性能改善率将会下降。原因是,若要提高性能,nMOS需要有拉伸应变,pMOS需要有压缩应变。
只在pMOS侧减轻拉伸应变
此次使用了在晶圆面内的X、Y方向上分别具有拉伸应变的SOI底板。这种情况下,nMOS可以通过使用SiN覆盖层进一步施加拉伸应变而实现高性能化。另一方面,需要压缩应变的pMOS在这种情况下难以实现高性能化。于是,引进了只在栅极形成化的pMOS区域选择性地实施离子嵌入和退火,以减轻SOI底板的拉伸应变的工艺。在这种工艺中,nMOS区域的拉伸应变几乎不产生?浠?T?MOS区域,首先减轻由SOI导致的拉伸应变,然后通过SiN覆盖层以及嵌入的SiGe源极和漏极施加压缩应变。
通过试验结果确认了,在nMOS方面,与只在SiN覆盖层外加应变的SOI底板相比,通过引进应变SOI底板,饱和漏电流增加了18%。在pMOS方面也已确认,相对于组合使用应变SOI底板和嵌入式SiGe时的情况,通过减轻应变SOI底板的拉伸应力,饱和漏电流增加了16%。