RICERCA ITALIANA     

Materiali e processi per dispositivi C-MOS con gate di Silicio strained

Università degli Studi di Padova

Abstract

Il principale obbiettivo di questo progetto è la realizzazione di strisce di silicio strained di alta qualità per mezzo di impiantazione ionica. Questa ricerca è motivata principalmente da due ragioni:
1. il silicio strained mostra un significativo aumento delle mobilità sia delle buche che degli elettroni
2. fino ad ora queste strutture sono state realizzate per mezzo di crescita epitassiale su strati di SixGe1-x.
L'uso dell'impiantazione ionica per la realizzazione di strutture di silicio strained faciliterebbe l' integrazione di dispositivi C-MOS basati su silicio strained nelle prossime generazioni di dispositivi microelettronici.
L' obiettivo è il confinamento laterale di una striscia di silicio tra due strutture di SixGe1-x pseudomorfo, che indurranno strain uniassiale nella striscia di Silicio. Una struttura simile è stata proposta da un gruppo di ricercatori dell' INTEL, che realizzano la struttura di SixGe1-x per mezzo di uno stadio di deposizione epitassiale su di un' area selezionata. Lo strain è indotto nella striscia di silicio dalla compressione laterale delle due strutture di SixGe1-x adiacenti.
Noi ci proponiamo di realizzare una struttura simile per mezzo di impiantazione di Ge attorno ad una striscia di Si mascherata, e di un opportuno processo di ricrescita per mezzo di epitassia in fase solida (SPE).
Per poter progettare un' affidabile sequenza di processi atti a produrre queste strutture per impianto ionico >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Alberto CARNERA Università degli Studi di PADOVA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Questo programma è focalizzato alla realizzazione di strisce di Si deformato plasticamente ottenuto inducendo la deformazione circondando la striscia stessa con strutture appropriate costituite da leghe pseudomorfe prodotte per impiantazione ionica.
La ragione di ciò risiede nel fatto che è già stato dimostrato che il Silicio strained costituisce un materiale promettente da utilizzare nelle strutture di gate di dispositivi C-MOS ultra-ridotti (<45 nm), grazie all'aumento della mobilità sia delle vacanze che degli elettroni dovuto al campo di strain. L'aumento della mobilità è spiegato in termini della riduzione dello scattering intravalley dovuto alla rimozione della degenerazione delle bande causata dal campo di stress anisotropo e in termini della diminuzione delle masse efficaci in presenza della deformazione del reticolo.
La prima dimostrazione pratica di dispositivi, sia p- che n-MOS, dotati di una gate di Silicio deformato è dovuta al gruppo del MIT guidato da Gene Fitzgerald, il quale ha realizzato lo strato di Si deformato per mezzo di una crescita epitassiale CVD sulla parte superiore di un substrato virtuale di Si1-xGex. La progettazione di un dispositivo di questo tipo richiede un processo critico di pulizia chimico-meccanica (CMP), prima della crescita dell'ultimo strato di Si, per rimuovere la rugosità superficiale caratteristica dei substrati virtuali, la quale degrada drammaticamente le prestazioni del dispositivo. Lo strato di Si cos >>>

Risultati parziali attesi

Determinazione della cinetica e degli spessori critici del processo di SPE di strati di Si1-xGex (x<0.1).prodotti su strutture realizzate per MBE o per impiantazione ionica.

Determinazione della cinetica e dei parametri critici del processo di SPE di strati di Si1-yCy prodotti per MBE (y<0.02).

Produzione di strati di Si strained per MBE su substrati virtuali di SiGE rilassato commerciali.Determinazione della cinetica e degli spessori critici del processo di SPE di strati di Si1-xGex (0.1<x<0.3),prodotti su strutture realizzate per MBE o per impiantazione ionica.

Informazioni dettagliate sul ruolo del flusso di difetti di punto sulla enucleazione di difetti estesi e sul rilascio di strain tramite confronto fra campioni realizzati su substrato di Si e su strutture epitassiali MBE di Si/ Si1-yCy /Si.

Produzione per impiantazione ionica di strati di Si1-xGex di alta qualità per mezzo di minimizzazione della densità dei difetti e del rilascio di strain.

Produzione di strati di elevata qualità di Si strained drogati su substrati virtuali di SiGe rilassato disponibili in commercio.Realizzazione di strati sepolti di Si1-yCy per mezzo di impiantazione ionica di C, amorfizzazione profonda e SPE.

Definizione del processo completo per la realizzazione con impianto ionico di strati superficiali pseudomorfi di Si1-xGex da usarsi come stressori laterali delle strisce di Si strained.
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Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Base scientifica e tecnologica

La tendenza verso dispositivi basati su Si di dimensioni sempre più piccole con elevate velocità e bassa dissipazione porta alla ricerca di approcci nuovi e non convenzionali per la progettazione dei dispositivi. La solida struttura C-MOS rimane il miglior candidato per la prossima generazione di transistors basati su Si dotati di una gate di dimensioni < 45 nm, ma nuovi materiali e processi stanno emergendo come candidati sia per le strutture di source/drain che di gate. In particolare, la riduzione delle dimensioni della gate richiedono un miglioramento significativo della mobilità dei portatori per mantenere la resistenza del canale più bassa possibile. Questo fatto è stato lo stimolo principale per la ricerca di materiali non convenzionali e con alta mobilità dei portatori. Già nel 1993 Nayak [1] ha mostrato un miglioramento della transconduttanza che può essere ottenuto usando una gate di Si deformato in una struttura MOSFET.
Negli ultimi anni diversi importanti gruppi di ricerca hanno dimostrato con successo che, se la gate viene realizzata per mezzo di uno strato di Si deformato, la mobilità sia degli elettroni che delle lacune mostra un significativo miglioramento [2-8] dovuto alla rimozione della degenerazione delle bande di valenza e conduzione del Si in presenza di un campo di strain [12-17,20], che potrta ad una forte riduzione della probabilità di scattering intervalley. Inoltre anche la forma della banda >>>