【摘 要】
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应变硅技术可以提升载流子的迁移率,是提高半导体器件性能的关键技术之一。自1990年代首次实现应变硅MOSFET以来,应变硅技术已被认为是现代CMOS技术中不可或缺的元素,但是应变硅技术在功率器件中的发展较为缓慢。功率集成器件中典型代表(LDMOS、LIGBT)具有反型沟道区和漂移区作为传导路径,而反型沟道和漂移区中的应变效应完全不同,从而使得功率器件中的应变效应更加复杂。从实际应用的角度看,功率集
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应变硅技术可以提升载流子的迁移率,是提高半导体器件性能的关键技术之一。自1990年代首次实现应变硅MOSFET以来,应变硅技术已被认为是现代CMOS技术中不可或缺的元素,但是应变硅技术在功率器件中的发展较为缓慢。功率集成器件中典型代表(LDMOS、LIGBT)具有反型沟道区和漂移区作为传导路径,而反型沟道和漂移区中的应变效应完全不同,从而使得功率器件中的应变效应更加复杂。从实际应用的角度看,功率集成器件由Bipolar-CMOS-DMOS(BCD)工艺制造,可以兼容应变硅工艺。因此,为了将应变硅技术引入功率集成器件,研究机械应变下LDMOS和LIGBT的电学性能是非常重要的。本文通过弯曲硅片的方法在器件中引入应变,从而避免了工艺和结构变化带来的影响。本文相对于其他文章中单一的应变形式,全方面研究了在六种形式的机械应变下LDMOS的电学性能变化,研究发现NLDMOS在160MPa平行、垂直和双轴张应变的作用下,电流能力分别提升5.3%、4.3%和10.4%;PLDMOS在-160MPa平行压应变和160MPa垂直张应变的作用下,电流能力分别提升4%和5.8%,而双轴应变对PLDMOS的作用很小。研究表明机械应变可以在不降低LDMOS击穿电压(VBD)的情况下增加漏极电流(Id),改善导通电阻和击穿电压的折中关系。同时,研究发现应变的作用效果与器件的尺寸相关,应变对栅极长度较长的器件作用效果更为显著。本文还提取了平行应变下NLDMOS和PLDMOS的压阻系数,分别为-31.4×10-11pa-1和55.2×10-11pa-1。本文全面研究了六种形式的机械应变对SOI-LIGBT静态特性和关断特性的影响。结果表明在不改变击穿电压和阈值电压的情况下,200MPa的平行张应变和双轴张应变能较大幅度提高集电极电流(IC),且在线性区会有一个变化高达22%和20%的电流峰值,而200MPa的垂直张应变则会缓慢地提高IC,在电流变化量达到4%之后会逐渐饱和。研究还表明平行和双轴张应变会显著提高器件内空穴密度和电子的迁移率,电子迁移率的提高可以降低导通压降(Von),而空穴密度的提高则会增加关断时间(toff)和关断损耗(Eoff)。垂直张应变下由于空穴密度的轻微降低以及电子和空穴迁移率的提高,可以同时降低Von、toff和Eoff,这一变化将改善导通压降和关断损耗的折中关系。
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