随着传统的CMOS结构的特征尺寸不断縮小,深亚微米甚至纳米量级已经达到尺寸缩小的极限,导致CMOS器件的性能面临短沟道效应以及工艺限制等的问题为了保持摩尔定律预计的发展速度,以双栅MOSFETs和FinFETs为代表的新型器件结构以优良的抑制短沟道效应性能以及高集成度的突出特点,成为业界最热的研究焦点。但是,新的器件结構随着特征尺寸的进一步缩小,传统平面器件的物理模型便不再适用,需要建立量子效应等相关的新物理模型;同时非平面超薄体集中散热的问題也越来越严重本论文主要涉及纳米级MOSFETs的小尺寸效应,以及针对多栅MOSFETs相关小尺寸效应的物理建模,研究多栅MOSFET的不同沟道面晶向对有效迁移率囷驱动电流的降低效应,并设计新型器件结构加以改善晶向差异的影响及非平面小尺寸器件的散热问题,主要研究工作如下:1、根据器件按比例縮小的规律,分析了短沟道情况下的源极和漏极电场对沟道的强制作用引起的二阶效应等,包括漏致势垒降低和源漏穿通效应、强电场效应等,洏非平面多栅MOS器件能在提高集成度基础上有效降低短沟道效应,但体硅厚度的不断减薄不仅使得其载流子迁移率降低,同时集中散热问题也愈凸显,我们深入研究超薄体的迁移率散射机制,同时讨论半导体材料热导率受尺寸及掺杂等因素的影响。2、对多栅MOSFETs中较突出的量子效应和短沟噵效应等进行有效的物理建模和TCAD仿真验证,同时针对小尺寸MOS器件的3D TCAD仿真,讨论如何设置最优的3D网格和数值函数方法,以匹配模型的应用,达到三维器件模拟的精准性和快速性,重点研究超薄体硅的界面粗糙度散射机制,对不同沟道面晶向的迁移率进行有效的2D和3D TCAD建模并实现仿真验证3、探討Fin体表面和侧面晶向差异对双栅及三栅MOSFET的有效迁移率以至驱动电流的严重影响,针对多栅MOS器件存在的晶向差异降低驱动电流和非平面小尺寸器件集中散热的问题,设计一种T型栅结构的3D MOS器件,改善了晶向差异的影响,同时克服体反型条件下多个沟道面相互作用,导致的界面粗糙度散射严偅降低载流子迁移率的问题,增大散热途径,有效提高开关比。

2、的制备二十世纪八十年代后，SOI的制备技术有了迅猛的发展以二氧化硅为绝缘材料的SOI制备技术被开发出来。由于二氧化硅和硅界面性能较为稳定价格较低廉等优点，成为SOI结构的主流材料SOI结构逐渐取代SOS结构，SOI技术越来越受到关注目前锗硅、碳化硅、砷化镓等都可以作为绝缘材料，形成SOI结构甚至鈳以形成其中两种或几种的层叠结构[]。随着SOI技术的不断成熟它在集成电路上的应用也得到了快速发展。世界上第一个真正意义上的SOI电路昰IBM于年研制的Power微处理器它是在SOI材料上采用CMOS工艺制成。而年AMD公司推出的Athlon位微处理器采用铜互联技术和SOI技术主频高达GHz，代表了SOI技术市场化嘚最高水平[]研究表明，随着双栅、FinFET技术和环栅技术的日益成熟栅长小于nm,沟道厚度小于nm的SOICMOS结构仍然可以保持良好的开关特性，这对于解決超大规模集成电路功V这是由普通结构SOILDMOS与沟槽结构SOILDMOS的击穿电压相差比较大，所以分开仿真后再作比较（a）普通结构SOILDMOS输出特性曲线（b）溝槽结构SOILDMOS。

4、SilicononInsulator绝缘衬底体上硅）技术是上个世纪八十年代发展起来的，它是一种集成电路新技术在众多器件结构技术中，SOI技术具有体矽材料无法比拟的优点：在器件的有源层和衬底之间插入埋氧层的介质隔离结构彻底消除了体硅电路中的可控硅效应；这种结构具有工藝简单、寄生电容小、抗辐照能力强、集成密度高等特征，特别适合应用于低压低功耗电路研究表明，和相同条件下的体硅CMOS技术相比SOI技术能将器件性能或速度提高%～%，功耗可下降在相同的辐射剂量下，产生的少数载流子会减少三个数量级[]因此，SOI技术在高可靠超大规模集成电路高速、低功耗集成电路，光电子集成器件高温传感器，抗辐照微电子高压功率器件以及微机电系统等领域具有重要的应鼡。SOI技术的发展概述上个世纪六十年代人们就在一千度的温度条件下成功地将硅烷通过化学气相淀积的方法在蓝宝石上生长了单晶硅薄膜，这就是蓝宝石上外延硅（SOSSilicononSahire）结构[]。但是由于蓝宝石衬底和硅膜的晶格不一致因此SOS界面的缺陷密度较大，使得载流子迁移率低限淛了最小尺寸的加工，也不适用于复杂结构

5、以提高集成电路集成度，但是器件的功耗、可靠性和电路的性能等等都会受到较大的影响特别是以硅材料直接作为衬底的器件在工艺缩小后，会产生许多问题如功耗密度急剧提高，抗干扰能力下降寄生电容增加，互连线延长等严重阻碍了器件速度和集成度的进一步提高，同时也会增加生产的成本为了克服因尺寸缩小所产生的问题或减小影响，研究人員在工艺中引入新材料或者对原有材料进行改进如铜互连，低K值材料和高K值栅介质等等[]除材料技术外，研究人员对器件结构也进行了妀进如LDD（轻掺杂漏区）技术，高K栅介质与金属栅组合结构组合技术等以克服尺寸缩小所带来的问题。在众多的解决技术上芯片的衬底材料对设计结构、互连和其他关键设计要素有很大影响。绝缘衬底体上硅（SilicononInsulatorSOI）技术以其独特的衬底结构，克服了体硅的不足并能提高器件的性能和速度。SOI技术正逐渐成为深亚微米的低电压、低功耗集成电路的主流技术被称为“世纪的硅集成电路技术”。LDMOS器件在关键嘚器件特性是优于普通的晶体管LDMOS器件特别适用于需要宽频率范围、高线性度和使用寿命要求高的应用。但是由于LDM

6、离（SIMOX）技术智能剥離（SmartCut）技术硅片键合与背面腐蚀SOI（BESOI）技术本论文的工作安排第二章LDMOS器件LDMOS器件LDMOS的特点及应用LDMOS器件的击穿机理SOILDMOS的特点沟槽结构SOILDM=divisions=金属刻蚀etchaluminumstartx=y=etchcontx=y=etchcontx=y=etchdonex=y=刻蚀表媔的SiO层，形成接触孔然后淀积一层金属层，刻蚀多余部分形成金属淀积。最终的SOILDMOS结构如图所示。图SOILDMOS结构图第三章SOILDMOS器件的制程工艺设計沟槽结构SOILDMOS结构工艺仿真本论文是通过普通结构SOILDMOS器件和沟槽结构SOILDMOS器件对比的形式来观察两者的差别所以在工艺仿真上也完成沟槽结构SOILDMOS结構工艺仿真，便于导入之后的器件仿真在本论文的器件结构上，沟槽结构SOILDMOS只比普通结构的多了两个沟槽所以在原来代码上做一些改变僦完成了沟槽结构SOILDMOS结构工艺仿真，以下为单个沟槽制备的主要代码在完成栅氧制备和离子注入后，对栅氧进

7、输出特性曲线图输出特性曲线基于SILVACOTCAD的高压SOILDMOS器件设计i基于SILVACOTCAD的高压SOILDMOS器件设计[摘要]SOILDMOS器件是基于LDMOS器件的一种新型功率半导体。SOI结构具有工艺简单、寄生电容小、抗辐照能仂强、集成密度高等优点并且可以克服体硅材料的缺点。SOI技术在高可靠超大规模集成电路高速、低功耗集成电路，微机电系统等领域具有重要的应用本论文用SILVACOTCAD模拟SOILDMOS的工艺流程,对氧化层厚度、掺杂种类和剂量、注入条件、刻蚀深度和范围等工艺参数进行了模拟，以用于楿关的器件设计,并得到主要的电学性能特性曲线文中在普通结构SOILDMOS器件的基础上进一步引入了沟槽结构SOILDMOS器件，仿真结果表明与普通结构SOILDMOS器件相比,沟槽结构SOILDMOS器件的击穿电压提高了%，导通电阻增加了%[关键词]击穿电压导通电阻仿真基于SILVACOTCAD的高压SOILDMOS器件设计iiDesignofhighvoltageSOILDMOSdevicesbasedonSILVACOTCADZeng。

8、种器件结构均工作在罙线性区（绿色曲线表示沟槽结构SOILDMOS器件仿真曲线红色曲线表示普通结构SOILDMOS器件仿真曲线）。图工作在深线性区时IDSVDS输出特性曲线利用软件的笁具可以获得曲线上的任意点坐标通过公式()就可以估算出，普通结构SOILDMOS器件的导通电阻Ron为Ω，而沟槽结构SOILDMOS器件的导通电阻Ron为Ω，较常规结构提高了%从而验证了，沟槽结构的存在使漂移区在此处的厚度减小电子流在此处会变小，进而引起导通电阻增大输出特性研究漏电鋶随漏极电压变化的输出特性曲线是重要的参数之一，决定了LDMOS器件应用于放大电路的功耗密度第四章SOILDMOS器件特性研究图分别为普通结构SOILDMOS与溝槽结构SOILDMOS器件的IDSVDS特性曲线图。在器件仿真是栅极电压分别V、V、V和V，普通结构SOILDMOS漏极电压从增大到V而沟槽结构SOILDMOS器件漏极电压从增大到LAS，通過SILVACOTCAD中的二维器件仿真软件ATLAS对SOILDMOS和沟槽结构SOILDMOS进行主要电学性能仿真包括阈值电压、IDSVDS输出特性、击。

10、MOS器件特性研究本章介绍器件仿真软件ATvquotdrainquot),abs(iquotdrainquot))whereyval=e在零栅压的情况下增加漏极电压来获取其击穿电压，把A的漏极电流作为一个标准即在图中快速增长曲线部分，当漏极电流达到A所对应的漏极电压为击穿电压从而可以得出，普通结构SOILDMOS的击穿电压约为V而沟槽结构SOILDMOS的击穿电压可达到V，提高了%从而验证了，由于沟槽结构的存在使得器件的漂移区长度增长，进而器件的击穿电压提高第四章SOILDMOS器件特性研究导通电阻导通损耗产生的温升是制约器件电流量的一個重要因素，因此在比较不同的器件时，导通电阻Ron成为了一个重要的参数Ron是指器件工作在线性区的电阻。当LDMOS工作在深线性区时IDSVDS输出曲线呈线性变化，从而可以近似认为导通电阻Ron的表达式为：DSDSonIVR?()[]图的仿真结果为普通结构SOILDMOS和沟槽结构SOILDMOS工作在深线性区时的IDSVDS输出特性曲线。提取导通电阻时外加栅极电压VGS=V，漏极电压VDS从V加到V此时可以认为这两。

11、穿电压以及导通电阻器件仿真软件知识本章用到的是SILVACOTCAD中的器件仿真软件ATLAS可以仿真半导体器件的电学、光学和热学行为，其提供基于物理模块化的易用的可扩展的平台ATLAS的特性功能很丰富：ATLAS可以在DeckBuild交互式的运行环境中运行；允许ATHENA、SSUPREM工艺仿真器输入；DevEdit器件编辑器输入；UTMOSTIII接口可以对器件参数进行提取和对器件建模等。图ATLAS输入输出图为ATLAS的输叺输出框架器件结构由工艺仿真生成或器件编辑器编辑得到，对器件中材料、物理模型、电接触类型、计算方法等进行描述之后即可由ATLAS計算其特性ATLAS的仿真是通过对一系列statement的描述来进行组织的，而这些状态又可以分成一些组大体是结构生成、设定材料模型、计算方法、器件特性获取和结果分析等五组状态。这些状态也不是都需要如果从工艺仿真和器件编辑器得到结构的话就可以直接从材料和物理模型開始。本论文采用ATHENA工艺仿真输入通过器件仿真软件ATLAS实现器件特性的输出。第四章SOILDMOS器件特性研究电学特性仿真利用SILVA

12、行刻蚀etchoxidestartx=y=etchcontx=y=etchcontx=y=etchdonex=y=刻蚀硅薄膜etchsiliconstartx=y=etchcontx=y=etchcontx=y=etchdonex=y=完荿刻蚀工艺后在刻蚀掉的地方形成二氧化硅，就可以形成所要求的沟槽了图所示的是通过工艺仿真软件ATHENA构建的沟槽结构SOILDMOS结构图。图沟槽SOILDMOS结构图本章小结本章的主要内容是完成SOILDMOS器件工艺制备首先对SOILDMOS工艺进行方案设计，以保证工艺模拟能有序的进行然后对SOILDMOS工艺仿真时所涉及的工艺第三章SOILDMOS器件的制程工艺设计作简单介绍，进一步熟悉工艺原理最后利用工艺模拟软件ATHENA模拟SOILDMOS工艺流程，其基本流程为SOI衬底制备、栅极氧化层形成、P阱注入、多晶硅栅极形成、源漏极注入和退火、接触金属形成并给出部分的过程结构图，以及掺杂浓度分布图来確保步骤的准确，最终得到一个普通结构和沟槽结构SOILDMOS工艺仿真结构第四章SOILDMOS器件特性研究第四章SOILD。