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    分析MOS管未來發(fā)展與面臨的挑戰(zhàn)
  • 分析MOS管未來發(fā)展與面臨的挑戰(zhàn)
  •   發(fā)布日期: 2018-11-08  瀏覽次數(shù): 1,617
     隨著集成電路工藝制程技術(shù)的不斷發(fā)展,為了提高集成電路的集成度,同時提升器件的工作速度和降低它的功耗,MOS管的特征尺寸不斷縮小,MOS器件面臨一系列的挑戰(zhàn)。例如短溝道效應(yīng)(ShortChannelEffect-SCE),熱載流子注入效應(yīng)(HotCarrierInject-HCI)和柵氧化層漏電等問題。為了克服這些挑戰(zhàn),半導(dǎo)體業(yè)界不斷開發(fā)出一系列的先進(jìn)工藝技術(shù),例如多晶硅柵、源漏離子注入自對準(zhǔn)、LDD離子注入、polycide、Salicide、SRD、應(yīng)變硅和HKMG技術(shù)。另外,晶體管也從MOSFET演變?yōu)镕D-SOI、BulkFinFET和SOIFinFET。


     



      1、鋁柵MOS管



      MOS管誕生之初,柵極材料采用金屬導(dǎo)體材料鋁,因為鋁具有非常低的電阻,它不會與氧化物發(fā)生反應(yīng),并且它的穩(wěn)定性非常好。柵介質(zhì)材料采用SiO2,因為SiO2可以與硅襯底形成非常理想的Si-SiO2界面。如圖1.13(a)所示,是最初鋁柵的MOS管結(jié)構(gòu)圖。



     



      2、多晶硅柵MOS管



      隨著MOS器件的特征尺寸不斷縮小,鋁柵與源漏擴(kuò)散區(qū)的套刻不準(zhǔn)問題變得越來越嚴(yán)重,源漏與柵重疊設(shè)計導(dǎo)致,源漏與柵之間的寄生電容越來越嚴(yán)重,半導(dǎo)體業(yè)界利用多晶硅柵代替鋁柵。多晶硅柵具有三方面的優(yōu)點:第一個優(yōu)點是不但多晶硅與硅工藝兼容,而且多晶硅可以耐高溫退火,高溫退火是離子注入的要求;第二個優(yōu)點是多晶硅柵是在源漏離子注入之前形成的,源漏離子注入時,多晶硅柵可以作為遮蔽層,所以離子只會注入多晶硅柵兩側(cè),所以源漏擴(kuò)散區(qū)與多晶硅柵是自對準(zhǔn)的;第三個優(yōu)點是可以通過摻雜N型和P型雜質(zhì)來改變其功函數(shù),從而調(diào)節(jié)器件的閾值電壓。因為MOS器件的閾值電壓由襯底材料和柵材料功函數(shù)的差異決定的,多晶硅很好地解決了CMOS技術(shù)中的NMOS和PMOS閾值電壓的調(diào)節(jié)問題。如圖1.13(b)所示,是多晶硅柵的MOS管結(jié)構(gòu)圖。



     



      3、Polycide技術(shù)



      多晶硅柵的缺點是電阻率高,雖然可以通過重?fù)诫s來降低它的電阻率,但是它的電阻率依然很高,厚度3K埃米的多晶硅的方塊電阻高達(dá)36ohm/sq。雖然高電阻率的多晶硅柵對MOS管器件的直流特性是沒有影響的,但是它嚴(yán)重影響了MOS管器件的高頻特性,特別是隨著MOS管器件的特征尺寸不斷縮小到亞微米(1um≥L≥0.35um),多晶硅柵電阻率高的問題變得越發(fā)嚴(yán)重。為了降低多晶硅柵的電阻,半導(dǎo)體業(yè)界利用多晶硅和金屬硅化物(polycide)的雙層材料代替多晶硅柵,從而降低多晶硅柵的電阻,Polycide的方塊電阻只有3ohm/sq。半導(dǎo)體業(yè)界通用的金屬硅化物材料是WSi2。如圖1.14(a)所示,是多晶硅和金屬硅化物柵的MOS管結(jié)構(gòu)圖。



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