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本论文提出了一种新型的部分耗尽SOI器件-T形体区(T-ShapedBody)部分耗尽SOIMOSFET‘(简称TSBSOI器件)。TSBSOI器件的显著特征为:器件中央沟道区较厚,呈逆向梯度掺杂,两侧源漏区较薄,整个硅体区呈T形。利用ISETCAD模拟软件,详细研究了TSBSOI结构在不同偏置条件下的器件特性,并与超薄体SOI器件(UTBSOIMOSFET)和常规PDSOI器件进行了比较。同时,提出了该TSBSOI结构的制备方法,并且完成了关键部分-T形体区的制备。本论文的主要工作和贡献有:
(1)针对常规MOSFET,SOIMOSFET等器件结构的Sealing限制,提出了新型TSBSOI器件结构,详细研究了亚50nm尺度范围内,不同偏置条件下的TSBSOI器件的各项电学特性。结果表明:
在衬底零偏置条件下,该TSBSOI器件比UTBSOI器件和常规的PDSOI器件有着更加优良的器件特性,如更强的短沟效应抑制能力、更好的亚阈区特性等。
在T形体区正向偏置下,TSBSOI器件能够明显消除浮体效应,抑制阈值电压漂移,提高热载流子迁移率,优化开关电流比等,显示了比常规PDSOI更加良好的偏置特性。
动态阈值应用中,三端TSBSOI器件可以获得比常规PDSOI器件更小的关态电流和更高的驱动电流,显示了其在高速、低功耗领域的应用前景。
(2)模拟了器件结构参数、工艺参数等对TSBSOI器件性能的影响。结果表明,与UTBSOI器件相比,该TSBSOI器件性能对硅膜的厚度不敏感;同时,通过调节逆向梯度掺杂沟道区中轻掺杂区的厚度、掺杂浓度等结构/工艺参数,可以较大范围地优化器件性能。
(3)提出了与当前CMOS工艺相兼容的TSBSOI器件制备方案,并利用具有高浓度腐蚀自停止特性的TMAH溶液,完成了T形体区的工艺制备。同时,探索了增加氮化硅保护帽的改进工艺,为将来深入地研究TSBSOI器件的制备方案打下了坚实的基础。