Повышение подвижности с использованием технологии напряженного кремния

Величина подвижности в полупроводнике зависит от величины эффективной массы носителей в нем, которая, в свою очередь, определяется фундаментальными свойствами кристаллической решетки. Эти свойства могут изменяться, подвергая решетку воздействию механического напряжения (это величина с размерностью «сила на единицу площади»). В частности, таким образом можно изменять эффективную массу носителей тока. Самый распространенный вариант приложения механических напряжений состоит в использовании кремний – германиевых сплавов.

Кремний и германий являются химически совместимыми элементами и могут образовывать сплав. При этом постоянная решетки германия (~0.56 нм) приблизительно на 4 % больше постоянной решетки кремния (~0.54 нм). Поэтому, если слой кремния поместить на подложку из кремний-германиевого сплава, то кремний оказывается под действием растягивающего механического напряжения, действующего по всем направлениям (т.н. биаксиального или двухосного растяжения). Механическое напряжение может уменьшать эффективное значение эффективной массы носителей, что приводит к увеличению их подвижности. Впервые эта технология была реализована для 90 нм проектной нормы. Сечение n-канального транзистора, изготовленного по технологии напряженного кремния, представлено на рис.4.11. Толщина слоя напряженного кремния составляет ~ 10 нм, а толщина слоя Si1-xGex – около 30 нм. Существуют другие варианты такой технологии, включающие в себя сжимающие и растягивающие механические напряжения (одноосные и двухосные). Выигрыш в подвижности в подобных технологиях довольно значителен и составляет несколько десятков процентов. Этот выигрыш может достигать максимальных значений ~80 % для электронов (приблизительно от 400 до 700 см2 /В×с) и ~70 % для дырок ( 100 до 170 см2 /В×с) для биаксиально-(двухосно) растянутого слоя кремния, что достигается при доле германия, равной приблизительно 30 %.

Рисунок 4.11 . Сечение n-МОПТ со слоем напряженного кремния