硅基应变与SOI技术-21世纪的硅集成电路技术课件.ppt

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1、硅基应变与SOI技术-21世纪的硅集成电路技术西安电子科技大学微电子学院·14081戴显英2011.4.2集成电路的应用摩尔定律（Moore’sLaw）-微电子发展的规律1964年Intel合作创始人GordenMoore首次提出；价格保持不变的情况下晶体管数每12月翻一番，1980s后下降为每18月翻一番；最小特征尺寸每3年减小70%；价格每2年下降50%；Amazinglystillcorrect,likelytokeepuntil2010“元件成本最小化”是“摩尔定律”背后的根本推动力。摩尔定律国际半导体技术路线图ITRS（Internation

2、alTechnologyRoadmapforSemiconductor）由美国半导体工业协会（SIA）制定按此蓝图，到2018年，MOS器件的栅长将缩小到10nm,电学沟道长度仅为7nm，单个芯片上的晶体管数量将达到1011(1000亿）以上。当MOSFET尺寸缩小到100nm以下时，栅氧化层的等效厚度小于3nm,隧穿效应和栅介质层的电场很大，其漏电流和可靠性将十分严重。必须寻找新的高K栅介质材料!沟道长度缩短到接近载流子平均自由程时，使原有的载流子平衡输运理论不再适用。必须建立新的器件物理模型!体硅器件尺寸缩小后遇到的部分问题1物理极限——量子效应2工艺

3、极限——如何实现超微细光刻目前光学曝光的最小尺寸可到22nm；X-射线、电子束等下一代曝光分辨率更高，但效率还不高，难以适应大规模生产。深亚微米器件互连线所占面积几乎与器件面积相等；在特征尺寸小于250nm以后，Al互连的RC延时将主宰整个电路延时；130nm之后，Cu互连的延迟时间也将成为影响电路性能的主要因素。3互连线延迟体硅器件尺寸缩小后遇到的部分问题不同材料的互连线延时和门延时比较当今IC工艺的三大关键技术1.Cu互连：1998，IBM、intel、AMD。2.SOI：1965年提出，在130nm工艺中又重新应用。3.应变Si：1960‘s提出理论

4、，2004年12月IEDM，IBM、Intel、AMD等同时发表；IBM综合应用SOI、应变Si和Cu互连技术的微处理器WhyStrain?张应变Si的价带分裂张应变Si的导带分裂载流子迁移高：器件及电路性能提高形成异质结：能带工程与Si工艺兼容：工艺成本低硅基应变材料应变Si、应变SiGe、应变SiCWhySiGe?材料特性：电子和空穴迁移率均高于Si；与Si工艺兼容：工艺成熟、成本低；SiGe/Si应变异质结：能带工程取代掺杂工程；SiGeHBT：频率特性好；SiGeBiCMOS：RF应用，可取代GaAs；与BJT相比，若ΔEg=0.2eV，则HBT

5、的β提高了2191倍SiGeHBT在国外已经成熟，主要应用RF电路与高速电路。1996年，巴尔的摩公司的S波段230WSiGeHBT脉冲功率晶体管，工作频率为2.8GHz。2002年，IBM特征频率高达350GHz的SiGeHBT。2004年，GermanyIHP公司制造出fT=300GHz，fmax＝250GHz，门延迟时间小于3.3ps的SiGeHBT；2004年，GermanyInfineon公司制造出fT=225GHz，fmax＝300GHz，门延迟时间小于3.2ps的SiGeHBT；2004年，IBM公司制造出fT=300GHz，fmax＝350

6、GHz，门延迟时间小于3.3ps的SiGeHBT。SiGeHBT技术SiGe应用SiGeHBT：脉冲功率晶体管（X/S波段雷达）SiGeBiCOMS：RF领域（手机）SiGe光电集成：探测器、激光器、光调制器等SiGe的主要市场：通讯分频器、集成电压控制振荡器(VCO)、低噪声放大器(LNA)系列、A/D转换器、D/A转换器、比较器、混频器、功率放大器、移动电话电路、低相位噪声晶体管、双极异质结晶体管（HBT）、宽带低噪声SiGe晶体管、低相位噪声振荡器、中频放大器、射频低噪声放大器、射频驱动放大器、5.2GHZ单片收发器、GPS接收器、射频收发前端、单片

7、收发前端芯片、大动态范围混频器、综合器、双频带混频器系列、信频器、多速率时钟恢复和限制放大器、多速中串并/并串转换器接口、单片限制放大器、跨阻放大器、RSP单片收发器和高速光纤收发模块，等等。SiGe的集成电路产品WhyStrainedSi?材料特性：载流子迁移率增强；器件与电路结构：与体Si完全相同；应力引入：仅沟道层应变；工艺节点：90nm及以下工艺采用；StrainedSi工艺压应变Si：SiGe源漏，制备PMOS；张应变Si：SiN帽层，制备NMOS；张应变Si迁移率局域应变：工艺致单轴应变SiSTI：压应变SiSiGe源漏：压应变SiDSL：Si

8、N,张/压应变SiSiC源漏：张应变StrainedSibyDSL