超短沟道绝缘层上硅平面场效应晶体管中热载流子注入应力导致的退化对沟道长度的依赖性

随着场效应晶体管(MOSFET)器件尺寸的进一步缩小和器件新结构的引入,学术界和工业界对器件中热载流子注入(hot carrier injections,HCI)所引起的可靠性问题日益关注.本文研究了超短沟道长度(L=30—150 nm)绝缘层上硅(silicon on insulator,SOI)场效应晶体管在HCI应力下的电学性能退化机理.研究结果表明,在超短沟道情况下,HCI应力导致的退化随着沟道长度变小而减轻.通过研究不同栅长器件的恢复特性可以看出,该现象是由于随着沟道长度的减小,HCI应力下偏压温度不稳定性效应所占比例变大而导致的.此外,本文关于SOI器件中HCI应力导致的退化和器件栅长关系的结果与最近报道的鳍式场效晶体管(Fin FET)中的结果相反.因此,在超短沟道情况下,SOI平面MOSFET器件有可能具有比Fin FET器件更好的HCI可靠性.

全耗尽绝缘层上硅技术及生态环境简介

随着半导体技术节点微缩到3 nm及以下,晶体管的尺寸难以进一步缩小,导致了成本优势的减小。功能性和功耗成为物联网、可穿戴设备、汽车电子等应用的主要关注点,为满足这些需求,全耗尽绝缘层上硅(Fully Depleted Silicon on Insulator,FDSOI)技术被进一步研发和产品化。对FDSOI技术的特点和生态环境进行了总结。FDSOI利用体偏置平衡功耗与性能,采用应力优化提高迁移率,通过减薄硅膜厚度抑制短沟道效应并减小寄生电容,因此被应用到低功耗处理器、低噪声放大器、嵌入式存储器等低功耗产品。FDSOI具有巨大的市场潜力,将成为半导体技术一个重要的发展方向。

应变绝缘层上硅锗p型金属氧化物场效应晶体管的阈值电压解析模型

分析研究了应变绝缘层上硅锗p型金属氧化物场效应晶体管(SGOI pMOSFET)的阈值电压模型,修正了应变作用下SGOI pMOSFET的能带模型,并提取了主要的物理参量.这些典型的参量包括禁带宽度、电子亲和能、内建势等.给出了应变硅SGOI pMOSFET内部电势分布的二维泊松方程,通过边界条件求解方程,得出了准确的阈值电压模型,并且验证了该模型的正确性.

辐照下背栅偏置对部分耗尽型绝缘层上硅器件背栅效应影响及机理分析

基于部分耗尽型绝缘层上硅(SOI)器件的能带结构,从电荷堆积机理的电场因素入手,为改善辐照条件下背栅Si/SiO_2界面的电场分布,将半导体金属氧化物(MOS)器件和平板电容模型相结合,建立了背栅偏置模型.为验证模型,利用合金烧结法将背栅引出加负偏置,对NMOS和PMOS进行辐照试验,得出:NMOS背栅接负压,可消除背栅效应对器件性能的影响,改善器件的前栅I-V特性;而PMOS背栅接负压,则会使器件的前栅I-V性能恶化.因此,在利用背栅偏置技术改善SOI/NMOS器件性能的同时,也需要考虑背栅偏置对PMOS的影响,折中选取偏置电压.该研究结果为辐照条件下部分耗尽型SOI/MOS器件背栅效应的改善提供了设计加固方案,也为宇航级集成电路设计和制造提供了理论支持.

体硅、SOI和SiCMOS器件高温特性的研究

首先介绍了体硅 MOS器件在 2 5～ 30 0℃范围高温特性的实测结果和分析 ,进而给出了薄膜 SOI MOS器件在上述温度范围的高温特性模拟结果和分析 ,最后介绍了国际有关报道的Si C MOS器件在 2 2～ 4 50℃范围的高温特性。在上述研究的基础上 ,提出了体硅、SOI和 Si C

SOI——新一代硅材料

SOI是一种在硅材料与硅集成电路巨大成功的基础上出现的、有独特优势、能突破硅材料与硅集成电路限制的新技术,被国际上公认为是"二十一世纪的微电子技术"、"新一代硅"。本文综述了SOI的特点,国际SOI技术应用动态,国内SOI技术应用动态,SOI技术国内研究状况与上海的优势,以及建议实现上海和我国在SOI领域跳跃式发展。五年内,实现4—8英寸SOI材料产业化,建成国际先进水平的国家级SOI材料和器件创新研究、开发基地,形成集科研、开发、生产为一体的高新技术产业。

栅控二极管ESD工艺优化方法研究

为解决通过更改器件设计来提升电路抗静电放电(ESD)能力时成本高的问题,从栅控二极管的工艺出发,研究CAN总线电路抗ESD能力提升方法。通过TCAD仿真,评估了沟道掺杂对于栅控二极管抗ESD能力的影响,发现调整ESD离子注入工艺可以优化栅控二极管导通电阻,提高ESD保护窗口内的泄流能力,将电路抗ESD能力从2000 V提高到3000 V,为电路级芯片的失效问题提供了一种解决方案。

无引线封装高温压力传感器

研究的压力敏感芯片利用单晶硅的压阻效应原理制成；采用绝缘层上硅（S01）材料取消了敏感电阻之间的pn结，有效减小了漏电，提高了传感器的稳定性；用多层复合电极替代传统的铝电极，并应用高掺杂点电极技术，提高了传感器使用温度。封装时，将硅敏感芯片的正面与硼硅玻璃进行对准气密静电键合；在硼硅玻璃的相应位置加工引线孔，将芯片电极和管壳管脚用烧结的方法实现电连接，形成无引线封装结构。采用无油封装方法，避免了含油封装中硅油耐温能力差的问题。对高温压力敏感芯体结构进行了热应力分析，并对无引线封装方法进行了研究。对研制的无引线封装高温压力传感器进行了性能测试。测试结果与设计相符，其中传感器的测量范围为0—0．7MPa，非线性优于0．2％FS，工作温度上限可达450cC。

AlN薄膜室温直接键合技术

采用离子束增强沉积技术在 10 0 mm硅片上制备大面积均匀 Al N薄膜 ,原子力显微镜 (AFM)显示其表面平整光滑 ,均方根粗糙度 (RMS)为 0 .13nm ,满足直接键合的需要 .同时 ,采用智能剥离技术成功实现了室温下 Al N与注氢硅片的直接键合 ,形成了以 Al N薄膜为埋层的 SOI结构 ,即 Al N上的硅结构 (SOAN) .用扩展电阻、卢瑟福背散射 -沟道、剖面透射电镜等技术分析了所形成的 SOAN结构 .

机械致单轴应变SOI晶圆的制备

提出了一种晶圆级单轴应变绝缘层上硅(SOI)的新方法,并阐述了其工艺原理.将直径为100mm(4英寸)的SOI晶圆片在曲率半径为0.75m的弧形弯曲台上进行机械弯曲,弯曲状态下的SOI晶圆片在250℃下进行了20h的热退火处理.对弯曲退火后SOI晶圆片进行了拉曼光谱表征,其拉曼频移为520.3cm-1,小于体硅的典型值,拉曼频移差达到-0.3cm-1,说明弯曲退火后的SOI晶圆片发生了单轴张应变.相应的应变量计算为0.077%,高于文献报道的0.059%.

栅长对SOI NMOS器件ESD特性的影响

采用TLP测试的方式,研究了不同栅长对栅接地SOI NMOS器件ESD(Electrostatic discharge,静电放电)特性的影响,结果发现栅长越大,维持电压VH越大,ESD二次击穿电流It2越大;其原因可能与薄硅层中的热分布有关。

SOI技术的新进展

综述了SOI技术的发展历程,SOI的主流技术,SOI技术发展的新动向,SOI技术的应用进展,并介绍了上海微系统与信息技术研究所和上海新傲科技有限公司的SOI研发和产业化情况。

变漂移区厚度SOI横向高压器件的优化设计

提出了一种耐压技术——横向变厚度VLT技术,以及基于此技术的一种高压器件结构——变厚度漂移区SOI横向高压器件,借助二维器件仿真器MEDICI,深入研究了该结构的耐压机理。结果表明,变厚度漂移区结构不但可以使横向击穿电压提高20%,纵向击穿电压提高10%,而且可以使漂移区掺杂浓度提高150%～200%,从而降低漂移区电阻,使器件优值提高40%以上。进一步研究表明,对于所研究的结构,采用一阶或二阶阶梯作为线性漂移区的近似,可以降低制造成本,并且不会导致器件性能的下降。

薄膜SOI MOS器件阈值电压的解析模型分析

研究了薄膜全耗尽增强型 SOIMOS器件阈值电压的解析模型 ,并采用计算机模拟 ,得出了硅膜掺杂浓度和厚度、正栅和背栅二氧化硅层厚度及温度对阈值电压影响的三维分布曲线 ,所得到的模拟结果和理论研究结果相吻合。

EM NMOST和AM PMOST组合TF SOI CMOS非门下降时间的温度模型

详细介绍了EM NMOST和AM PMOST组合的TF SOI CMOS非门下降时间的温度电学模型建立过程.分别进行了27,100,150,250,250,300 ℃的非门瞬态特性实验.实验结果表明,EM NMOST和AM PMOST组合的TF SOI CMOS非门的下降时间随温度升高稍有增加,非常适合于高温应用.如果对其进行优化设计,有利于改善其上升-下降时间温度特性的对称性,提高其最高工作频率.

新器件结构SGOI低场迁移率模型及数值分析

为了减小绝缘层上硅锗(SGOI)自加热和短沟道效应,提出新型的双台阶式埋氧SGOI n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFET).在该器件结构中,采用双台阶式埋氧结构来减小自加热效应,引入接地层(GP)用于减小漏致势垒降低(DIBL).建立应变硅器件的低场迁移率模型并嵌入到器件模拟器Sentaurus Device中.在不同的沟道应变情况下,分析自加热效应随埋氧层的厚度以及短沟道效应随栅长的变化关系.模拟结果表明,相对于Ge组分为0的情况下,Ge组分为0.4的SGOI器件的输出电流提升了至少50%.随着沟道下方埋氧厚度从100nm减小到10nm,自加热温度减小超过60℃;当引入接地层后,DIBL效应减小超过25%,泄漏电流在很大程度上得到抑制.

漂移区均匀掺杂SOILIGBT通态电阻模型

在研究影响绝缘层上硅横向绝缘栅双极晶体管通态电阻物理机制的基础上,将通态电阻分解为沟道电阻、漂移区电阻和缓冲层电阻。计算沟道电阻考虑了沟道两侧耗尽层扩展对沟道电阻的影响。计算漂移区电阻时,将漂移区按载流子的分布分为3个部分,然后分别进行求解。然后综合得到SOI LIGBT通态电阻的近似模型,并讨论了影响SOI LIGBT通态电阻特性的主要因素,最后根据讨论结果提出改善措施。

低压、低功耗SOI电路的进展

最近 IBM公司在利用 SOI(Silicon- on- insulator)技术制作计算机中央处理器 (CPU)方面取得了突破性的进展 ,该消息轰动了全世界。SOI电路最突出的优点是能够实现低驱动电压、低功耗。文中介绍了市场对低压、低功耗电路的需求 ,分析了 SOI低压、低功耗电路的工作原理 ,综述了当前国际上 SOI低压、低功耗电路的发展现状。

SOI LIGBT抗闩锁效应的研究与进展

概述了绝缘层上硅横向绝缘栅双极晶体管(SOI LIGBT)抗闩锁结构的改进历程,介绍了从早期改进的p阱深p+欧姆接触SOI LIGBT结构到后来的中间阴极SOI LIGBT、埋栅SOILIGBT、双沟道SOI LIGBT、槽栅阳极短路射频SOI LIGBT等改进结构;阐述了一些结构在抗闩锁方面的改善情况,总结指出抑制闩锁效应发生的根本出发点是通过降低p基区电阻的阻值或减小流过p基区电阻的电流来削弱或者切断寄生双极晶体管之间的正反馈耦合。

后摩尔时代先进CMOS技术

随着半导体器件从平面结构走向3D结构,集成电路技术进入“后摩尔时代”。论述了目前集成电路技术的需求和集成电路产业的研发现状,梳理了在先进技术节点下的绝缘层上硅、鳍型场效应晶体管和环栅场效应晶体管等新型器件的优势、研究现状及不足之处,分析了随着器件尺寸的减小,工艺技术的发展和其面临的挑战,为后摩尔时代集成电路技术的持续发展提供新的视野和观点。