矽碳結構非製程模擬方式之 CESL 模擬結果

當考慮覆蓋一層拉伸應力為 1.1 GPa 的 CESL 之效應，模擬元件通道區 域受到應力作用的影響，並預測載子遷移率增益。其分析結果之如圖 4-5所 示說明。此圖為改變延伸閘極寬度下，考慮不同矽碳源∕汲極長度條件時的 CESL 效應。圖中 S_xx 與 S_yy以及 S_zz分別為通道應力值。在小尺寸的延伸閘 極寬度之下，分析結果指出通道應力的變化十分明顯。此可由薄膜力學的觀 點用以解釋此現象，當延伸閘極寬度的長度較短時，CESL 其引致之垂直應 力將鄰近的多晶矽閘極往下壓，使得多晶矽閘極整體結構產生變形。同時，

變形之延伸閘極寬度會將巨大之應力傳遞至通道的邊緣，使 S_zz的應力值發 生很大的負值，示意圖如圖 4-6所示。由於本分析所選擇之 100 nm 的元件 通道寬度為較狹窄的通道，因此整個通道都將遭受到上述的 S_zz應力。

上述變形行為可視為一懸臂樑 (cantilever beam)結構，當延伸閘極寬度 增加至 0.1

m，S

_yy與 S_zz會獲得到更大的應力負值。因此，S_xx的應力往正 值上升的趨勢可藉由蒲松比的關係來解釋。當延伸閘極寬度介於 0.1

m 與

0.5 m 間，上述的 CESL 效應會沿著通元件道寬度方向，致使得多晶矽閘極 表面主要受到 CESL 的影響，如圖 4-7所示。此時，由於延伸閘極寬度的彎 矩半徑較大，因此 CESL 產生的拉伸應力會逐漸的延緩。然而，CESL 產生 的拉伸效應仍可能使通道與淺溝槽隔離區域的垂直方向 (S_zz)受到很大的壓 縮應力。上述 CESL 對於元件通道產生的效應可由圖 4-8觀之，通道部分可 明顯看出 S_xx的應力在延伸閘極寬度為 0.5 m 時，通道受到的拉伸應力會大 於延伸閘極寬度為 0.1 m 時之情況；而 S_zz應力則是受到更大的壓應力。

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Protruding gate width (m)

圖 4-5 不同源∕汲極長度的 CESL 效應

圖 4-6 CESL 影響較短的延伸閘極寬度之力學行為

圖 4-7 CESL 影響較長的延伸閘極寬度之力學行為

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圖 4-8 CESL 效應在不同延伸閘極寬度的 S_xx與 S_yy應力分佈 (a)延伸閘極寬度為 0.5 m (S_xx) (b)延伸閘極寬度為 0.1 m (S_xx)

(c)延伸閘極寬度為 0.5 m (S_zz) (d)延伸閘極寬度為 0.1 m (S_zz)

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由於延伸閘極寬度位於淺溝槽隔離區域上，當其長度遠大於元件通道寬 度，當 CESL 將拉伸應力引入延伸閘極寬度使其往下壓。然而，淺溝槽隔離 因其材質較柔軟故產生變形，致使元件通道邊緣受到垂直方向的應力，部份 通道區域產生彎曲變形，如圖 4-9 所示。此時，元件通道長度方向的 S_xx應 力值幾乎達到飽和，沒有很明顯的變化。因此，由任意兩個正交方向的應力 釋放與影響可得應力上之平衡，上述的分析討論可用以說明延伸閘極寬度由 0.5 m 至 3 m 之應力趨勢。另一方面，若以載子遷移率的增益之角度說明 此結構的 CESL 效應對於通道應力的影響，分析結果如圖 4-10 所示。矽碳 源∕汲極長度尺寸的變化對於載子遷移率增益沒有很明顯的改變，但是至少 仍可獲得 42 %的增益；再者，當延伸閘極寬度增加至 0.2 m 時，載子遷移 率的增益突然上升至 57.4 %，因此，延伸閘極寬度增長將會致使元件的載子 遷移率增加。

圖 4-9 CESL 影響延伸閘極寬度遠大於通道寬度之力學行為

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圖 4-10 考慮不同源∕汲極長度尺寸下，CESL 效應在各種延伸閘極寬度時 之載子遷移率增益變化

-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 40.0

42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 55.0 57.5 60.0 62.5

S/D length = 0.2 m (tensile CESL) S/D length = 0.7 m (tensile CESL) S/D length = 1.0 m (tensile CESL)

Mobility Enhancement (%)

Protruding gate width (m)

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在文檔中 先進應變工程於奈米電子元件之模擬與實驗驗證 (頁 88-93)