超薄埋氧层厚度对FDSOI器件短沟道效应影响

随着CMOS技术发展到22nm技术节点以下,体硅平面器件达到等比例缩小的极限。全耗尽超薄绝缘体上硅CMOS(FDSOI)技术具有优秀的短沟道效应控制能力,利用TCAD软件,对不同埋氧层厚度的FDSOI器件短沟道效应进行数值仿真,研究减薄BOX厚度及器件背栅偏压对器件性能和短沟道效应的影响。仿真结果表明,减薄BOX厚度使FDSOI器件的性能和短沟道效应大幅提升,薄BOX衬底背栅偏压对FDSOI器件具有明显的阈值电压调制作用,6.00V的背栅偏压变化产生0.73V的阈值电压调制。在适当的背栅偏压下,FDSOI器件的短沟道特性(包括DIBL性能等)得到优化。实验结果表明,25nm厚BOX的FDSOI器件比145nm厚BOX的FDSOI器件关断电流减小近50%,DIBL减小近20%。

超薄埋氧层FDSOI器件制备及其性能测试

全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)器件具有出色的短沟道效应(SCE)控制能力等优势,是22 nm及以下的CMOS技术节点中的有力竞争者。为了研究减薄埋氧层(BOX)厚度对FDSOI器件性能和短沟道效应的影响,并进一步提高FDSOI器件的短沟道效应控制能力,制备了超薄BOX(UTB)FDSOI器件,并同时制备除BOX厚度外其余条件完全相同的145 nm厚BOX FDSOI对比器件。对制备的器件进行了电学性能测试,展示了两种器件的传输特性和转移特性曲线,并且对器件施加背栅偏压以研究其对器件性能的调制作用。测试结果显示,UTB FDSOI器件的关断电流I_(off)与145 nm厚BOX FDSOI器件相比降低了近50%,DIBL性能也得到了显著提升。此外,施加背栅偏压不仅可以更灵敏地调制FDSOI器件性能,而且可以有效地优化器件的短沟道效应。

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。