2.3.2. Поликристаллические SiхGe1-х- затворы.

2.3.2.1 Использование поликристаллических SiGe - слоев.

Использование поликремниевого затвора р⁺-типа для МОПТ с индуцированным каналом при масштабировании ограничивается эффектом обеднения затвора носителями в режиме сильной инверсии и проникновением бора в область канала. Применение для глубокосубмикронных КМОП приборов поликремниевых затворов только одного n⁺-типа приводит к необходимости формирования относительно сильнолегированного встроенного канала Р-МОПТ малой толщины (10-30 нм), что значительно усложняет технологический процесс. При параметрах встроенного канала, практически достижимых в стандартной технологии изготовления КМОП-приборов, крутизна, короткоканальные и подпороговые характеристики Р-МОПТ с n⁺‑ затвором значительно уступают соответствующим характеристикам Р‑МОПТ с р⁺- затвором.

Рис. 2.1. Зависимость разницы работ выхода SiGe-затвора р+- типа и кремния n‑типа (q ms) от молярной доли Ge; величина ms определялась экстраполяцией Vfo(Tox) к значению при Tox = 0.

Альтернативное направление в технологии формирования затворов КМОП-приборов основано на использовании слоев поли-S_xGe_1-x, работа выхода которого регулируется изменением молярного содержания германия. Исследования показали, что с ростом молярной доли германия уменьшается ширина запрещенной зоны S_xGe_1-x за счет, главным образом, изменения положения края валентной зоны. Поэтому при замене поли-Si затвора Р‑МОПТ затвором из поли- S_xGe_1-x изменение разности работ выхода затвора и кремния для данного значения х определяется разностью значений ширины запрещенной зоны сильнолегированных поли-Si и S_xGe_1-x: q _ms = E_g (поли-Si) - E (поли-SiGe) (сродство к электрону Si и SiGe практически одинаково). Экспериментальные зависимости _ms от молярной доли германия в SiGe, полученные в [1] для затворов n⁺ - и p⁺-типа, представлены на рис. 2.1. Увеличение работы выхода приводит к возрастанию порогового напряжения Р-МОПТ с затвором p⁺-поли-SiGe (при однородном легировании подложки).

, (2.5)

где

Q_ox — плотность заряда в окисле;

Возрастание порогового напряжения при неизменной концентрации примеси N_D в области канала приводит к уменьшению тока стока I_off без изменения подпорогового S - фактора. Таким образом, использование SiGe-затворов позволяет, в определенной степени, независимо управлять величинами порогового напряжения и подпорогового S - фактора Р- МОПТ за счет изменения N_d. Однако практически увеличение порогового напряжения нежелательно, если величина тока I_off не превышает допустимого значения. Поэтому при использовании SiGe-затвора возрастание порогового напряжения целесообразно компенсировать снижением концентрации примеси в области канала. Такой подход обеспечивает следующие преимущества:

• вследствие снижения емкости слоя обеднения уменьшается величина подпорогового S - фактора, что обеспечивает повышение величины отношения I_d, sat  / I_off

• I_d, sat   увеличивается вследствие повышения напряжения насыщения V_d, sat  при снижении концентрации примеси в подложке (для предотвращения ухудшения короткоканальных характеристик Р-МОПТ используют ретроградное распределение примеси);

• из-за уменьшения напряженности поперечного поля на границе Si/SiO₂ и концентрации центров рассеяния увеличивается подвижность носителей в канале Р-МОПТ.

Наряду с улучшением характеристик Р-МОПТ с р⁺- затвором, при содержании германия в SiGe в диапазоне 20—30% электрические характеристики N ‑ МОПТ с p⁺-затвором изменяются незначительно. Положительным свойством SiGe-затвора p⁺- типа является также значительное снижение степени проникновения бора в область канала и повышение надежности подзатворного окисла. Такbм образом, использование поли-SiGe для формирования затворов с проводимостью п⁺- и р⁺-типа улучшает подпороговые и короткоканальные характеристики глубокосубмикронных МОПТ