Reliability of High Mobility SiGe Channel MOSFETs for Future CMOS Applications

به دلیل افزایش میدان های الکتریکی در دستگاه های CMOS مقیاس یافته ، قابلیت اطمینان در حال تبدیل شدن به یک نمایشگر برای گره های فناوری مقیاس بیشتر است. اگرچه چندین گروه قبلاً دستگاههای کانال SI عملکردی را با ضخامت اکسید معادل تهاجمی (EOT) تا 5Å نشان داده اند ، اما یک دستگاه 10 ساله قابل اعتماد به دلیل بی ثباتی تعصب منفی دیگر نمی تواند تضمین شود. این فناوری برای اجرای احتمالی در گره های بعدی فناوری CMOS در نظر گرفته شده است ، به لطف فواید آن از نظر تحرک حامل و تنظیم ولتاژ آستانه دستگاه. ما مشاهده می کنیم که همچنین درجه ای از آزادی را برای بهینه سازی قابلیت اطمینان دستگاه باز می کند. با تنظیم صحیح پشته دروازه دستگاه ، دستگاه های EOT فوق العاده نازک به اندازه کافی قابل اعتماد با 10 سال در شرایط عملیاتی نشان داده شده است. ما یک مدل فیزیکی را برای درک قابلیت اطمینان ذاتی از سیستم MOS متشکل از یک کانال مبتنی بر GE و یک پشته دی الکتریک SiO2/HFO2 پیشنهاد می کنیم.

Due to the ever increasing electric fields in scaled CMOS devices, reliability is becoming a showstopper for further scaled technology nodes. Although several groups have already demonstrated functional Si channel devices with aggressively scaled Equivalent Oxide Thickness (EOT) down to 5Å, a 10 year reliable device operation cannot be guaranteed anymore due to severe Negative Bias Temperature Instability.

This book focuses on the reliability of the novel (Si)Ge channel quantum well pMOSFET technology. This technology is being considered for possible implementation in next CMOS technology nodes, thanks to its benefit in terms of carrier mobility and device threshold voltage tuning. We observe that it also opens a degree of freedom for device reliability optimization. By properly tuning the device gate stack, sufficiently reliable ultra-thin EOT devices with a 10 years lifetime at operating conditions are demonstrated.

The extensive experimental datasets collected on a variety of processed 300mm wafers and presented here show the reliability improvement to be process - and architecture-independent and, as such, readily transferable to advanced device architectures as Tri-Gate (finFET) devices. We propose a physical model to understand the intrinsically superior reliability of the MOS system consisting of a Ge-based channel and a SiO2/HfO2 dielectric stack.

The improved reliability properties here discussed strongly support (Si)Ge technology as a clear frontrunner for future CMOS technology nodes.