具有槽形结构的应变LDMOS器件研究

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LDMOS器件相比其它功率器件,具有高可靠性,高线性度,高增益等优良电学特性。这些优点使LDMOS成为射频功率器件领域的研究热点。随着器件的特征尺寸不断减小,功率集成电路的集成度不断提高,射频功率器件的频率要求也越来越高。于是有研究人员提出将应变技术引入功率集成电路。通常在有PMOS器件的集成电路中,PMOS是限制集成电路性能的瓶颈,这对于功率集成电路也适用。通过在芯片表面淀积压应力膜可以使得PMOS的性能得到提升,但是这会使N型LDMOS的性能衰退,虽然可以将不利于LDMOS表面的CESL刻蚀掉,但是刻蚀的工艺难度较大,并且会损伤器件表面,从而会劣化器件性能。另外,如果在NLDMOS器件表面专门淀积一层张应力氮化硅膜,由于常规LDMOS漂移区与沟道区的应力性质是相反的,这使得只有沟道区迁移率得到提升,漂移区迁移率反而会下降,这使得应力膜的作用非常有限。有鉴于此,本文提出了一种CESL应变技术与槽形结构结合的新型LDMOS器件,利用槽形结构使得沟道应力发生反性,从而使得漂移区与沟道区应力性质一致,实现用压应力膜提升LDMOS的性能,并且相关工艺与应变PMOS工艺兼容,进而有利于NLDMOS与PMOS集成。根据固体力学理论,对于拥有局域凸起或凹陷的薄应变弹性材料而言,凸起或凹陷的区域与其外围区域的应力有很大的不同,甚至发生应力反性。本文就是利用这一效应,通过在应变硅表面制备适当的槽形结构,实现沟道应力的反性,从而提高器件的性能。通过TCAD进行的仿真验证了我们的想法,证实了具有槽形结构的应变LDMOS器件比普通器件性能有明显的提升。对于具有180nm栅长以及330nm漂移区的槽形漂移区NLDMOS,在采用上述应变结构后,其驱动电流提高了11.9%,最大跨导提高了10.9%,截止频率提高了10.6%,沟道中心载流子的迁移率提高了13.2%。仿真结果将为后续的实验工作提供数据支撑。
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