纵向多面栅MOSFET的器件设计与技术研究

论文题目: 纵向多面栅MOSFET的器件设计与技术研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 方圆

导师: 李伟华

关键词: 多面栅,纵向多面栅,等电位近似,体反型,侧壁刻蚀及后处理,迁移率,沟道非均匀掺杂

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 多面栅MOSFET作为一种新型的半导体器件与传统MOSFET相比具有许多的优势:接近理想的亚阈值特性、较高的载流子迁移率、较高的跨导和电流驱动能力、较强的抑制器件短沟道效应的能力等。因此,多面栅MOSFET被认为是MOS器件的特征尺寸缩小到深亚微米量级时最具有发展前途的一种新型器件。本论文的主要工作是在论述和研究多面栅MOSFET的基本理论和各种理论模型的基础上,设计基于双极工艺实现的纵向多面栅MOSFET的器件结构、版图以及实现工艺;通过流水实验来验证和实现设计构想,并通过测试分析对纵向多面栅MOSFET的特性进行了深入的了解和分析,同时对一些相关的器件特性参数、关键工艺等展开深入细致的研究,据此不断提出改进方案。本论文首先介绍了多面栅MOSFET的研究背景以及其发展的必然性,接着对目前的研究状况做了讨论。然后,在以往多面栅MOSFET理论研究的基础上,对多面栅器件特有的体反型现象和等电位假设进行了深入的探索,并引入了反型层质心的概念将其成功的用于薄膜双面栅MOSFET亚阈值区反型层电荷及电流模型的建立。接着,从双极工艺的思路出发并基于24所的工艺条件,设计出能够基于双极工艺实现的纵向多面栅MOSFET器件结构,还设计了具体的工艺步骤和参数。而且对三次流水实验获得的纵向多面栅MOSFET进行了各种测试,获得了器件的特性表征以及特性参量。在此基础上,对包括源漏非对称特性在内的多项器件特性的产生原因和作用结果以及目前器件存在的问题进行了深入的分析,探索了沟道非均匀掺杂器件的研究方法。除此之外,还对器件特性产生重大影响的载流子迁移率及其影响因素进行了研究。最后,论文对侧壁刻蚀及后处理这一关键工艺给予了特别的关注并进行了深入的研究。同时在测试分析和工艺研究的基础上,对目前器件的结构设计和实现工艺提出了改进方案。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 多面栅MOSFET 的研究背景

1.2 多面栅MOSFET 的研究与发展现状

1.3 本论文的主要工作

第二章 多面栅MOSFET 基础理论研究

2.1 双面栅MOSFET 的基本结构及工作原理

2.2 双面栅MOSFET 体反型现象的研究

2.2.1 QM 模型及反型层质心的物理意义

2.2.2 基于反型层质心的薄膜双面栅MOSFET 亚阈值区反型电荷及亚阈值电流模型

2.2.3 体反型现象的分析

2.3 本章小结

第三章 多面栅MOSFET 的理论模型

3.1 双面栅MOSFET 的等电位假设

3.2 双面栅MOSFET 亚阈值区电流模型

3.3 双面栅MOSFET 的阈值电压模型

3.4 双面栅MOSFET 的完整电流模型

3.5 双面栅MOSFET 的亚阈值斜率模型

3.6 本章小结

第四章 纵向多面栅MOSFET 结构、工艺及版图的设计

4.1 基于双极工艺的纵向多面栅MOSFET 的结构设计

4.2 基于双极工艺的纵向多面栅MOSFET 的工艺及版图设计

4.3 本章小结

第五章 纵向多面栅MOSFET 的测试与特性分析

5.1 测试图形及测试内容

5.2 测试结果及问题分析

5.2.1 第一次流水测试

5.2.2 第二次流水测试

5.2.3 第三次流水测试

5.3 沟道非均匀掺杂器件的研究方法探索

5.3.1 研究背景及意义

5.3.2 研究原理与方法

5.3.3 模拟结果及分析

5.4 载流子迁移率的研究及提取

5.4.1 载流子迁移率的散射机制及分析模型

5.4.2 载流子迁移率的实验提取

5.5 本章小结

第六章 关键工艺分析与改进方案

6.1 主要的工艺限制与影响因素

6.2 侧壁刻蚀的方法及研究

6.2.1 干法深槽刻蚀

6.2.2 湿法深槽刻蚀

6.2.3 刻蚀侧壁纹路的处理

6.3 工艺及结构改进

6.4 本章小结

总结

致谢

作者简介

参考文献

发布时间: 2007-06-11

参考文献

• [1].兼容纵向PNP，纵向NPN双极型晶体管的2.0um集成电路制造工艺的研究[D]. 诸闻闻.上海交通大学2009

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