未來展望

在 元 件 尺 寸 不 斷 的 微 縮 下 ， 半 導 體 元 件 在 製 程 上 已 經 面 臨 頻 頸 ， 為 了 避 免 氧 化 層 厚 度 不 斷 的 縮 小 所 造 成 的 閘 極 漏 電 流 問 題 越 來 越 嚴 重 ， 使 用 高 介 電 常 數 閘 極 絕 緣 層 材 料 是 必 然 的 ， 但 在 高 介 電 常 數 閘 極 絕 緣 層 材 料 的 研 究 尚 未 完 全 成 熟 之 際 ， 在 不 改 變 太 多 既 有 的 製 程 條 件 下 ， 而 又 能 夠 有 效 提 升 元 件 的 效 能 ， 使 用strain應 變 技 術 是 個 相 當 適 合 的 方 法 ， 若 能 夠 在 未 來 將 應 變 技 術 以 及 逐 漸 成 熟 的 高 介 電 常 數 介 電 質 整 合 在 一 起 提 升 元 件 整 體 效 能 ， 這 將 會 是 我 們 未 來 努 力 的 目 標 。

表2-1 單軸伸張、壓縮應變通道對 NMOS 與 PMOS 驅動電流的影響

圖2-1-1 元件結構圖

表2-2 元件分類表

圖2-2-1 Probe Station

圖2-2-2 HP-4156B 半導體參數分析儀

圖2-2-3 HP-4284A LCR 阻抗分析儀

圖2-2-4 HP-5250A 低漏電流交換器

圖2-2-5 Agilent ICS Software

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0

2 4 6 8 10 12 14 16

I

_DLIN

I

_DSAT

I

D

( μ A/ μ m))

V

_D

(volts)

Vg=0 V Vg=0.6 V Vg=1.2 V

圖2-2-6 IDVD 特性曲線

圖2-2-7 IDVG 與 Gm-VG 特性曲線

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.0p

2.4p 2.8p 3.2p

3.6p CESL=Low Strain

CESL=High Tensile CESL=High Compressive

W/L=10/10um NMOS SOI=500A FUSI+CESL

C(F)

VG(V)

圖3-1-1 W/L=10μm/10μm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 500Å 下改變不同 CESL 條件的 電容對電壓特性比較圖

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.0p

2.4p 2.8p 3.2p 3.6p

W/L=10/10um NMOS SOI=700A FUSI+CESL

CESL=Low Strain CESL=High Tensile CESL=High Compressive

C(F)

VG(V)

圖3-1-2 W/L=10μm/10μm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 700Å 下改變不同 CESL 條件的 電容對電壓特性比較圖

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.0p

2.4p 2.8p 3.2p 3.6p

C(F)

VG(V)

CESL=Low Strain CESL=High Tensile CESL=High Compressive

W/L=10/10um NMOS SOI=900A FUSI+CESL

圖3-1-3 W/L=10μm/10μm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 900Å 下改變不同 CESL 條件的 電容對電壓特性比較圖

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.0p

2.4p 2.8p 3.2p

3.6p W/L=10/10um NMOS Low Strain 380A FUSI + CESL

SOI=500A SOI=700A SOI=900A

C(F)

VG(V)

圖3-1-4 W/L=10μm/10μm NMOSFET 固定 CESL 條件在 Low Strain 380Å 下改變不同 SOI 厚度的電容對電壓特性比較圖

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.0p

2.4p 2.8p 3.2p

3.6p W/L=10/10um NMOS High Tensile

FUSI + CESL

SOI=500A SOI=700A SOI=900A

C(F)

VG(V)

圖3-1-5 W/L=10μm/10μm NMOSFET 固定 CESL 條件在 High Tensile 700Å 下改變不同 SOI 厚度的電容對電壓特性比較圖

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.0p

2.4p 2.8p 3.2p

3.6p W/L=10/10um NMOS High Compressive FUSI + CESL

SOI=500A SOI=700A SOI=900A

C(F)

VG(V)

圖3-1-6 W/L=10μm/10μm NMOSFET 固定 CESL 條件在 High Compressive 700Å 下改 變不同SOI 厚度的電容對電壓特性比較圖

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 1.6p

2.0p 2.4p 2.8p 3.2p 3.6p

W/L=10/10um PMOS SOI=500A FUSI+CESL

C(F)

VG(V)

Low Strain High Tensile High Compressive

圖3-1-7 W/L=10μm/10μm PMOSFET 固定 SOI 厚度在 500Å 下改變不同 CESL 條件的 電容對電壓特性比較圖

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0p

2.4p 2.8p 3.2p 3.6p

C(F)

VG(V) W/L=10/10um

PMOS SOI=700A FUSI+CESL

Low Strain High Tensile High Compressive

圖3-1-8 W/L=10μm/10μm PMOSFET 固定 SOI 厚度在 700Å 下改變不同 CESL 條件的 電容對電壓特性比較圖

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0p

2.4p 2.8p 3.2p 3.6p

C(F)

VG(V)

Low Strain High Tensile High Compressive

W/L=10/10um PMOS SOI=900A FUSI+CESL

圖3-1-9 W/L=10μm/10μm PMOSFET 固定 SOI 厚度在 900Å 下改變不同 CESL 條件的 電容對電壓特性比較圖

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0p

2.4p 2.8p 3.2p

3.6p PMOSW/L=10/10um Low Strain 380A FUSI + CESL

SOI=500A SOI=700A SOI=900A

C(F)

VG(V)

圖3-1-10 W/L=10μm/10μm PMOSFET 固定 CESL 條件在 Low Strain 380Å 下改變不同 SOI 厚度的電容對電壓特性比較圖

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0p

2.4p 2.8p 3.2p

3.6p PMOSW/L=10/10um High Tensile 700A FUSI + CESL

SOI=500A SOI=700A SOI=900A

C(F)

VG(V)

圖3-1-11 W/L=10μm/10μm PMOSFET 固定 CESL 條件在 High Tensile 700Å 下改變不 同SOI 厚度的電容對電壓特性比較圖

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 1.6p

2.0p 2.4p 2.8p 3.2p

3.6p PMOS W/L=10/10um Compressive 700A FUSI + CESL

SOI=500A SOI=700A SOI=900A

C(F)

VG(V)

圖3-1-12 W/L=10μm/10μm PMOSFET 固定 CESL 條件在 High Compressive 700Å 下改 變不同SOI 厚度的電容對電壓特性比較圖

0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 0

400 800 1200 1600

Low Strain High Tensile

FUSI+CESL SOI=500A

W/L=10/0.09um_NMOS VG-VT=1.2V

I

D

(uA/um)

V

_D

(V)

圖3-2-1 NMOS 在 SOI=500Å 時之不同應變層元件 ID-VD 比較圖

0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5

0 400 800 1200 1600 2000

Low Strain High Tensile

FUSI+CESL SOI=700A

W/L=10/0.09um_NMOS VG-VT=1.2V

I

D

(uA/um)

V

_D

(V)

圖3-2-2 NMOS 在 SOI=700Å 時之不同應變層元件 ID-VD 比較圖

0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5

0

400 800 1200 1600 2000

Low Stain High Tensile

FUSI+CESL SOI=900A

W/L=10/0.09um_NMOS VG-VT=1.2V

I

D

(uA/um)

V

_D

(V)

圖3-2-3 NMOS 在 SOI=900Å 時之不同應變層元件 ID-VD 比較圖

-1.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0.0 0.3 0.6 0

50 100 150 200 250 300

Low Strain High Tensile FUSI+CESL SOI=500A W/L=10/0.09um_NMOS V

_D

=0.05V

Gm(uS/um)

V

_G

-V

_T

(V)

圖3-2-4 NMOS 在 SOI=500Å 時之不同應變層元件 Gm-VG 比較圖

-1.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0.0 0.3 0.6 0

50 100 150 200 250 300

Low Strain High Tensile FUSI+CESL SOI=700A W/L=10/0.09um_NMOS V

_D

=0.05V

Gm(uS/um)

V

_G

-V

_T

(V)

圖3-2-5 NMOS 在 SOI=700Å 時之不同應變層元件 Gm-VG 比較圖

-1.5 -1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0.0 0.3 0.6 0

50 100 150 200 250 300

Low Strain High Tensile FUSI+CESL SOI=900A W/L=10/0.09um_NMOS V

_D

=0.05V

Gm(uS/um)

V

_G

-V

_T

(V)

圖3-2-6 NMOS 在 SOI=900Å 時之不同應變層元件 Gm-VG 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4

High Tensile FUSI + CESL SOI=500A

W/L=10/0.09um_NMOS

FUSI + CESL SOI=700A W/L=9.999/0.09um_NMOS V

_D

=0.05V

Low Strain High Tensile I

D

(uA/um)

V

_G

-V

_T

(V)

圖3-2-8 NMOS 在 SOI=700Å 時之不同應變層元件 ID-VG 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4

High Tensile FUSI + CESL SOI=900A

W/L=10/0.09um_NMOS Low Strain High Tensile

圖3-2-10 NMOS 在 SOI=500Å 時之不同應變層元件 IG-VG 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 10^-8

10^-7 10^-6 10^-5 10^-4 10^-3

I

G

(uA/um)

V

_G

-V

_T

(V) Low Strain High Tensile

FUSI+CESL SOI=700A W/L=10/0.09um_NMOS V

_D

=0.05V

圖3-2-11 NMOS 在 SOI=700Å 時之不同應變層元件 IG-VG 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 10^-7

10^-6 10^-5 10^-4 10^-3

FUSI+CESL SOI=900A W/L=10/0.09um_NMOS V

_D

=0.05V

Low Strain High Tensile

I

G

(uA/um)

VG-VT(V)

圖3-2-12 NMOS 在 SOI=900Å 時之不同應變層元件 IG-VG 比較圖

0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 0

200 400 600 800 1000

Low Strain

High Compressive FUSI+CESL SOI=500A

W/L=10/0.09um_PMOS V

_G

-V

_T

=-1.2V

I

D

(uA/um)

V

_D

(V)

圖3-2-13 PMOS 在 SOI=500Å 時之不同應變層元件 ID-VD 比較圖

0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5

0 200 400 600 800 1000

Low Strain

High Compressive FUSI+CESL SOI=700A

W/L=10/0.09um_PMOS V

_G

-V

_T

=-1.2V

I

D

(uA/um)

V

_D

(V)

圖3-2-14 PMOS 在 SOI=700Å 時之不同應變層元件 ID-VD 比較圖

0.0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5

Low Strain

High Compressive FUSI+CESL SOI=900A

Low Strain

High Compressive

FUSI+CESL SOI=500A

-1.2 -0.9 -0.6 -0.3 0.0 0.3 0.6

Low Strain

High Compressive FUSI+CESL SOI=700A

Low Strain

High Compressive

FUSI+CESL SOI=900A

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8

FUSI + CESL SOI=500A W/L=10/0.09um_PMOS V_D=-0.05V

I

D

(uA/um)

V

_G

-V

_T

(V)

Low Strain High Compressive

圖3-2-19 PMOS 在 SOI=500Å 時之不同應變層元件 ID-VG 比較圖

FUSI + CESL SOI=700A W/L=10/0.09um_PMOS V_D=-0.05V

I

D

(uA/um)

V

_G

-V

_T

(V)

Low Strain High Compressive

圖3-2-20 PMOS 在 SOI=700Å 時之不同應變層元件 ID-VG 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 10^-7

10^-6 10^-5 10^-4 10^-3 10^-2 10^-1 10⁰ 10¹ 10²

FUSI + CESL SOI=900A W/L=10/0.09um_PMOS V_D=-0.05V

I

D

(uA/um)

V

_G

-V

_T

(V)

Low Strain High Compressive

圖3-2-21 PMOS 在 SOI=900Å 時之不同應變層元件 ID-VG 比較圖

-0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2

10^-7 10^-6 10^-5 10^-4

10^-3 Low Strain

High Compressive

FUSI + CESL SOI=500A W/L=10/0.09um_PMOS V_D=-0.05V

I

G

(uA/um)

V

_G

-V

_T

(V)

圖3-2-22 PMOS 在 SOI=500Å 時之不同應變層元件 IG-VG 比較圖

-0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2 10^-8

10^-7 10^-6 10^-5 10^-4

Low Strain

High Compressive

FUSI + CESL SOI=700A W/L=10/0.09um_PMOS V_D=-0.05V

I

G

(uA/um)

V

_G

-V

_T

(V)

圖3-2-23 PMOS 在 SOI=700Å 時之不同應變層元件 IG-VG 比較圖

-0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2 10^-7

10^-6 10^-5 10^-4 10^-3

FUSI + CESL SOI=900A W/L=10/0.09um_PMOS V_D=-0.05V

I

G

(uA/um)

V

_G

-V

_T

(V)

Low Strain

High Compressive

圖3-2-24 PMOS 在 SOI=900Å 時之不同應變層元件 IG-VG 比較圖

0 50 100 150 200 250 300 350

900A 700A

500A

Δ

I

D

(uA/um)

NMOS

SOI=500A(HT - Low Strain) SOI=700A(HT - Low Strain) SOI=900A(HT - Low Strain)

圖3-2-25 NMOS 在不同 SOI 厚度時之應變程度 ΔID (High Tensile - Low Strain)比較圖

0 5 10 15 20 25

700A 900A 500A

NMOS500A

SOI=500A(HT - Low Strain)%

SOI=700A(HT - Low Strain)%

SOI=900A(HT - Low Strain)%

Δ

I

D

/I

D

(uA/um)%

圖3-2-26 NMOS 在不同 SOI 厚度時之應變程度 ΔID% (High Tensile - Low Strain)比較 圖

0 10 20 30 40 50

700A 900A 500A

NMOS

SOI=500A(HT-Low Strain) SOI=700A(HT-Low Strain) SOI=900A(HT-Low Strain)

Δ

Gm(uA/um)

圖3-2-27 NMOS 在不同 SOI 厚度時之應變程度 ΔGm (High Tensile - Low Strain)比較圖

0 5 10 15 20 25

900A 700A

500A

NMOS

SOI=500A(HT-Low Strain)%

SOI=700A(HT-Low Strain)%

SOI=900A(HT-Low Strain)%

Δ

Gm/Gm(uA/um) %

圖3-2-28 NMOS 在不同 SOI 厚度時之應變程度 ΔGm% (High Tensile - Low Strain)比較 圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 10^-8

10^-6 10^-4 10^-2 10⁰

10² FUSI + CESL CESL=High Tensile W/L=10/0.09um_NMOS

V_D=0.05V

I

D

(uA/um)

V

_G

-V

_T

(V)

SOI=500A(SS=114 mV/decade)

SOI=700A(SS=107 mV/decade)

SOI=900A(SS=93 mV/decade)

圖3-2-29 NMOS 固定 CESL 條件在 High Tensile 不同 SOI 厚度時之 ID-VG 比較圖

85 90 95 100 105 110 115 120

125 NMOS

W/L=10/0.09um V

_D

=0.05V

900A Subthreshold Slope(mV/decade) 700A

SOI Thickness Low Strain

High Tensile

500A

圖3-2-30 NMOS 在不同 SOI 厚度所對應的 Low Strain 和 High Tensile 之 SS 比較圖

0

SOI=500A(HC-Low Strain) SOI=700A(HC-Low Strain) SOI=900A(HC-Low Strain)

Δ

I

D

(uA/um)

SOI=500A(HC-Low Strain)%

SOI=700A(HC-Low Strain)%

SOI=900A(HC-Low Strain)%

900A

0

SOI=500A(HC-Low Strain) SOI=700A(HC-Low Strain) SOI=900A(HC-Low Strain)

Δ

Gm(uA/um)

SOI=500A(HC-Low Strain) SOI=700A(HC-Low Strain) SOI=900A(HC-Low Strain)

700A 900A 500A

Δ

Gm/Gm(uA/um)%

圖3-2-34 PMOS 在不同 SOI 厚度時之應變程度 ΔGm% (High Compressive- Low Strain) 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 10^-7

10^-5 10^-3 10^-1 10¹

SOI=500A(SS=91 mV/decade)

SOI=700A(SS=92 mV/decade)

SOI=900A(SS=92 mV/decade) FUSI + CESL

CESL=High Compressive W/L=10/0.09um_PMOS V_D=-0.05V

I

D

(uA/um)

V

_G

-V

_T

(V)

圖3-2-35 PMOS 固定 CESL 條件在 High Compressive 不同 SOI 厚度時之 ID-VG 比較 圖

圖4-2-1 電性逼迫和設定晶片溫度之流程圖

圖4-2-2 HC 電壓逼迫實驗設計示意圖

圖4-2-3 NBTI 電壓逼迫實驗設計示意圖

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6

25 50 75 100 125 150 175 200

Temperature

(

Degrees Celsius

) Low Strain

High Tensile

圖4-3-1-7 W/L=10μm/90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 500Å 下改變不同溫度條件的

Low Strain High Tensile

FUSI+CESL SOI=700A W/L=10um/90nm_NMOS

V

TH

(V)

Temperature

(

Degrees Celsius

)

圖4-3-1-8 W/L=10μm/90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 700Å 下改變不同溫度條件的 臨界電壓比較圖

25 50 75 100 125 150 175 200 Low Strain High Tensile

FUSI+CESL SOI=900A W/L=10um/90nm_NMOS

V

TH

(V)

Temperature

(

Degrees Celsius

)

圖4-3-1-9 W/L=10μm/90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 900Å 下改變不同溫度條件的

200

FUSI+CESL SOI=500A

CESL=Low Strain

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4

圖4-3-1-11 W/L=10μm/90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 500Å 和 CESL 為 High Tensile 下改變不同溫度條件的Gm-VG 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4

圖4-3-1-13 W/L=10μm/90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 700Å 和 CESL 為 High Tensile 下改變不同溫度條件的Gm-VG 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4

圖4-3-1-15 W/L=10μm/90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 900Å 和 CESL 為 High Tensile 下改變不同溫度條件的Gm-VG 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8

圖4-3-1-17 W/L=10μm/90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 500Å 和 CESL 為 High Tensile 下改變不同溫度條件的ID-VG 比較圖

10² FUSI+CESL SOI=700A CESL=Low Strain

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8

圖4-3-1-19 W/L=10μm/90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 700Å 和 CESL 為 High Tensile 下改變不同溫度條件的ID-VG 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8

圖4-3-1-21 W/L=10μm/90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 900Å 和 CESL 為 High Tensile 下改變不同溫度條件的ID-VG 比較圖

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 Compressive 下改變不同溫度條件的 ID-VD 比較圖

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 Compressive 下改變不同溫度條件的 ID-VD 比較圖

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6

0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 Compressive 下改變不同溫度條件的 ID-VD 比較圖

25 50 75 100 125 150 175 200

Low Strain

High Compressive

FUSI+CESL SOI=500A W/L=10um/90nm_PMOS

V

TH

(V)

Temperature

(

Degrees Celsius

)

圖4-3-1-28 W/L=10μm/90nm PMOSFET 固定 SOI 厚度在 500Å 下改變不同溫度條件的 臨界電壓比較圖

25 50 75 100 125 150 175 200 0.44

0.48 0.52 0.56 0.60

157mV(26.7%)

145mV(25.53%) Low Strain

High Compressive

FUSI+CESL SOI=700A W/L=10um/90nm_PMOS

V

TH

(V)

Temperature

(

Degrees Celsius

)

圖4-3-1-29 W/L=10μm/90nm PMOSFET 固定 SOI 厚度在 700Å 下改變不同溫度條件的 臨界電壓比較圖

25 50 75 100 125 150 175 200 0.36

0.40 0.44 0.48 0.52 0.56

159mV(29.5%)

136mV(24.55%)

Low Strain

High Compressive

FUSI+CESL SOI=900A W/L=10um/90nm_PMOS

V

TH

(V)

Temperature

(

Degrees Celsius

)

圖4-3-1-30 W/L=10μm/90nm PMOSFET 固定 SOI 厚度在 900Å 下改變不同溫度條件的 臨界電壓比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 Compressive 下改變不同溫度條件的 Gm-VG 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 Compressive 下改變不同溫度條件的 Gm-VG 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 Compressive 下改變不同溫度條件的 Gm-VG 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8

10² FUSI+CESL SOI=500A CESL=High Compressive Compressive 下改變不同溫度條件的 ID-VG 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 Compressive 下改變不同溫度條件的 ID-VG 比較圖

-1.2 -0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 Compressive 下改變不同溫度條件的 ID-VG 比較圖

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0

200 400 600

800 FUSI+CESL SOI=500A W/L=10um/90nm_NMOS CESL=Low Strain V_G=V_D=V_T+1V

Stress Time=0 (min) Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

I

D

(uA/um)

1000 FUSI+CESL SOI=500A W/L=10um/90nm_NMOS CESL=High Tensile V_G=V_D=V_T+1V

Stress Time=0 (min) Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

I

D

(uA/um)

V

_D

(V)

28(2.9%)

圖4-3-2-2 室溫下 90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 500Å 和 CESL 為 High Tensile 下 stress 100 分鐘前後的汲極電流對汲極電壓關係圖

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

FUSI+CESL SOI=700A

1000 FUSI+CESL SOI=700A W/L=10um/90nm_NMOS CESL=High Tensile V_G=V_D=V_T+1V

Stress Time=0 (min) Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

I

D

(uA/um)

V

_D

(V)

41(4.32%)

圖4-3-2-4 室溫下 90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 700Å 和 CESL 為 High Tensile 下 stress 100 分鐘前後的汲極電流對汲極電壓關係圖

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0

200 400 600

800 FUSI+CESL SOI=900A W/L=10um/90nm_NMOS CESL=Low Strain V_G=V_D=V_T+1V

Stress Time=0 (min) Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

I

D

(uA/um)

Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

I

D

(uA/um)

V

_D

(V)

38(4.59%)

圖4-3-2-6 室溫下 90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 900Å 和 CESL 為 High Tensile 下 stress 100 分鐘前後的汲極電流對汲極電壓關係圖

0 20 40 60 80 100

FUSI + CESL SOI=500A W/L=10um/90nm_NMOS CESL=Low Strain V

_G

=V

_D

=V

_T

+1V

Temperature 25⁰C Temperature 80⁰C

Degradation %I D(uA/um)

Stress Time (min)

圖4-3-2-7 不同溫度下 90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 500Å 和 CESL 為 Low Strain

FUSI + CESL SOI=700A W/L=10um/90nm_NMOS CESL=Low Strain V

_G

=V

_D

=V

_T

+1V

Temperature 25⁰C Temperature 80⁰C Temperature 160⁰C

Degradation %I

D

(uA/um)

Stress Time (min)

圖4-3-2-8 不同溫度下 90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 700Å 和 CESL 為 Low Strain 下 stress 100 分鐘前後的汲極電流退化量百分比關係圖

0 20 40 60 80 100

10

FUSI + CESL SOI=900A W/L=10um/90nm_NMOS CESL=Low Strain V

_G

=V

_D

=V

_T

+1V

Temperature 25⁰C Temperature 80⁰C Temperature 160⁰C

Degradation %I

D

(uA/um)

Stress Time (min)

圖4-3-2-9 不同溫度下 90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 900Å 和 CESL 為 Low Strain Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

FUSI+CESL SOI=500A stress 100分鐘前後的轉換電導對閘極電壓關係圖

-0.4 0.0 0.4 0.8 1.2

250 FUSI+CESL SOI=500A W/L=10um/90nm_NMOS Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

7

250 FUSI+CESL SOI=700A W/L=10um/90nm_NMOS CESL=Low Strain V_G=V_D=V_T+1V

Stress Time=0 (min) Stress Time=10 (min) Stress Time=25 (min) Stress Time=55 (min) Stress Time=100 (min) Stress Time=150 (min)

Gm(uS/um)

-0.4 0.0 0.4 0.8 1.2

250 FUSI+CESL SOI=700A W/L=10um/90nm_NMOS Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

16

250 FUSI+CESL SOI=900A W/L=10um/90nm_NMOS Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

20 (8.4%)

圖4-3-2-14 室溫下 90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 900Å 和 CESL 為 Low Strain 下 stress 100 分鐘前後的轉換電導對閘極電壓關係圖

-0.4 0.0 0.4 0.8 1.2

250 FUSI+CESL SOI=900A W/L=10um/90nm_NMOS Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

16

12

FUSI + CESL SOI=500A W/L=10um/90nm_NMOS CESL=Low Strain V

_G

=V

_D

=V

_T

+1V

Temperature 25⁰C Temperature 80⁰C

Degradation %Gm (uS/um)

Stress Time (min)

圖4-3-2-16 不同溫度下 90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 500Å 和 CESL Low Strain 下 stress 100

為 分鐘前後的轉換電導退化量百分比關係圖

0 20 40 60 80 100

60

FUSI + CESL SOI=700A W/L=10um/90nm_NMOS CESL=Low Strain V

_G

=V

_D

=V

_T

+1V

Temperature 25⁰C Temperature 80⁰C Temperature 160⁰C

Degradation %Gm (uS/um)

Stress Time (min)

圖4-3-2-17 不同溫度下 90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 700Å 和 CESL 為 Low Strain

24

FUSI + CESL SOI=900A W/L=10um/90nm_NMOS CESL=Low Strain V

_G

=V

_D

=V

_T

+1V

Temperature 25⁰C Temperature 80⁰C Temperature 160⁰C

Degradation %Gm (uS/um)

Stress Time (min)

圖4-3-2-18 不同溫度下 90nm NMOSFET 固定 SOI 厚度在 900Å 和 CESL 為 Low Strain 下 stress 100 分鐘前後的轉換電導退化量百分比關係圖

0 20 40 60 80 100

CESL=Low Strain W/L=10um/90nm_NMOS Degradation %I

D

(uA/um)

Stress Time (min) SOI=500A

CESL=High Tensile W/L=10um/90nm_NMOS Degradation %I

D

(uA/um)

Stress Time (min) SOI=500A

SOI=700A SOI=900A

圖4-3-2-20 不同 SOI 厚度下 90nm NMOSFET 固定 CESL 為 High Tensile 下 stress 100 分鐘前後的汲極電流退化量百分比關係圖

0 20 40 60 80 100

CESL=Low Strain W/L=10um/90nm_NMOS

Degradation %Gm (uS/um)

Stress Time (min) SOI=500A

CESL=High Tensile W/L=10um/90nm_NMOS

Degradation %Gm (uS/um)

Stress Time (min)

SOI=500A SOI=700A SOI=900A

圖4-3-2-22 不同 SOI 厚度下 90nm NMOSFET 固定 CESL 為 High Tensile 下 stress 100 分鐘前後的轉換電導退化量百分比關係圖

0 20 40 60 80 100 0

1 2 3 4 5

FUSI + CESL CESL=Low Strain W/L=10um/90nm_NMOS %V

TH

(mV)

Stress Time (min)

SOI=500A

SOI=700A SOI=900A

圖4-3-2-23 不同 SOI 厚度下 90nm NMOSFET 固定 CESL 為 Low Strain 下 stress 100 分鐘前後的臨界電壓變化量百分比關係圖

0 20 40 60 80 100

0 1 2 3 4

FUSI + CESL

CESL=High Tensile W/L=10um/90nm_NMOS %V

T

(mV)

Stress Time (min) SOI=500A

SOI=700A SOI=900A

圖4-3-2-24 不同 SOI 厚度下 90nm NMOSFET 固定 CESL 為 High Tensile 下 stress 100 分鐘前後的臨界電壓變化量百分比關係圖

0.0 0.4 0.8 1.2 0

100 200 300

400 FUSI+CESL SOI=500A W/L=10um/90nm_PMOS CESL=Low Strain V_G=V_T-1.8V

Stress Time=0 (min) Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

I

D

(uA/um)

Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

I

D

(uA/um)

0.0 0.4 0.8 1.2 Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

FUSI+CESL SOI=700A

600 FUSI+CESL SOI=700A W/L=10um/90nm_PMOS CESL=High Compressive V_G=V_T-1.8V

Stress Time=0 (min) Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

I

D

(uA/um)

V

_D

(V)

22(4.32%)

圖4-3-3-4 室溫下 90nm PMOSFET 固定 SOI 厚度在 700Å 和 CESL 為 High Compressive 下 stress 100 分鐘前後的汲極電流對汲極電壓關係圖

0.0 0.4 0.8 1.2

500 FUSI+CESL SOI=900A W/L=10um/90nm_PMOS CESL=Low Strain V_G=V_T-1.8V

Stress Time=0 (min) Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

I

D

(uA/um)

600 FUSI+CESL SOI=900A W/L=10um/90nm_PMOS CESL=High Compressive V_G=V_T-1.8V

Stress Time=0 (min) Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

I

D

(uA/um)

V

_D

(V)

23(4.33%)

圖4-3-3-6 室溫下 90nm PMOSFET 固定 SOI 厚度在 900Å 和 CESL 為 High Compressive 下 stress 100 分鐘前後的汲極電流對汲極電壓關係圖

0 20 40 60 80 100

Temperature 25⁰C Temperature 80⁰C Temperature 160⁰C

FUSI + CESL SOI=500A W/L=10um/90nm_PMOS CESL=Low Strain V

_G

=V

_T

-1.8V

Degradation %I

D

(uA/um)

Stress Time (min)

圖

下

4-3-3-7 不同溫度下 90nm PMOSFET 固定 SOI 厚度在 500Å 和 CESL 為 Low Strain stress 100 分鐘前後的汲極電流退化量百分比關係圖

0 20 40 60 80 100

Temperature 25⁰C Temperature 80⁰C Temperature 160⁰C

FUSI + CESL SOI=700A W/L=10um/90nm_PMOS CESL=Low Strain V

_G

=V

_T

-1.8V

Degradation %I

D

(uA/um)

Stress Time (min)

圖4-3-3-8 不同溫度下 90nm PMOSFET 固定 SOI 厚度在 500Å 和 CESL 為 Low Strain stress 100 分鐘前後的汲極電流退化量百分比關係圖

下

0 20 40 60 80 100

Temperature 25⁰C Temperature 80⁰C Temperature 160⁰C

FUSI + CESL SOI=900A W/L=10um/90nm_PMOS CESL=Low Strain V

_G

=V

_T

-1.8V

Degradation %I

D

(uA/um)

Stress Time (min)

圖4-3-3-9 不同溫度下 90nm PMOSFET 固定 SOI 厚度在 900Å 和 CESL 為 Low Strain Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

(2.05%)

圖4-3-3-10 室溫下 90nm PMOSFET 固定 SOI 厚度在 500Å 和 CESL 為 Low Strain 下 stress 100 分鐘前後的轉換電導對閘極電壓關係圖

-0.4 0.0 0.4 0.8 1.2 0

40 80

120 FUSI+CESL SOI=500A W/L=10um/90nm_PMOS Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

4

80 FUSI+CESL SOI=700A W/L=10um/90nm_PMOS CESL=Low Strain V_G=V_T-1.8V

Stress Time=0 (min) Stress Time=10 (min) Stress Time=25 (min) Stress Time=55 (min) Stress Time=100 (min) Stress Time=150 (min)

Gm(uS/um)

-0.4 0.0 0.4 0.8 1.2 Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

5

80 FUSI+CESL SOI=900A W/L=10um/90nm_PMOS Stress Time=10 (min) Stress Time=20 (min) Stress Time=40 (min) Stress Time=60 (min) Stress Time=100 (min)

3.1 3.89%) (

圖4-3-3-14 室溫下 90nm PMOSFET 固定 SOI 厚度在 900Å 和 CESL 為 Low Strain 下

圖4-3-3-14 室溫下 90nm PMOSFET 固定 SOI 厚度在 900Å 和 CESL 為 Low Strain 下

在文檔中 應變技術應用於90奈米SOI金氧半場效電晶體特性分析與可靠度研究 (頁 42-125)