先進半導體集成設計研究

目    錄

第1章  緒論 1

1.1  FinFET-主流半導體集成技術 1

1.1.1  FinFET集成技術的結構、工作原理與性能優勢 1

1.1.2  FinFET集成技術的發展與商用化進程 2

1.1.3  參考文獻 4

1.2  無結場效應晶體管 6

1.2.1  無結場效應晶體管的結構、工作原理與性能優勢 7

1.2.2  參考文獻 10

1.3  隧道場效應晶體管 12

1.3.1  隧道場效應晶體管的提出與技術優勢 12

1.3.2  隧道場效應晶體管的發展歷程 13

1.3.3  參考文獻 14

1.4  基於金屬與半導體接觸的集成器件技術 17

1.4.1  金屬與半導體接觸及其發展歷史 17

1.4.2  肖特基勢壘和費米能級釘扎效應 18

1.4.3  金屬與半導體接觸在半導體技術中的應用 20

1.4.4  參考文獻 21

1.5  先進半導體集成技術 23

1.5.1  先進半導體集成技術概要 23

1.5.2  參考文獻 24

第2章  先進金屬氧化物半導體場效應晶體管技術 27

2.1  H形柵極U形溝道無結場效應晶體管 27

2.1.1  H形柵極U形溝道無結場效應晶體管的結構與參數 28

2.1.2  與馬鞍形柵極無結場效應晶體管特性對比 29

2.1.3  摻雜濃度的影響 32

2.1.4  柵極厚度的影響 33

2.1.5  源漏延長區高度的影響 34

2.1.6  柵極氧化物厚度的影響 36

2.1.7  H形柵極U形溝道無結場效應晶體管的輸出特性 39

2.1.8  本節結語 39

2.1.9  參考文獻 39

2.2  矩形柵極U形溝道場效應晶體管 40

2.2.1  矩形柵極U形溝道場效應晶體管的結構與參數 41

2.2.2  凹槽區內部絕緣隔離層高度的影響 43

2.2.3  源漏之間絕緣隔離層厚度的影響 44

2.2.4  矩形柵極U形溝道場效應晶體管的輸出特性 46

2.2.5  本節結語 46

2.2.6  參考文獻 47

第3章  隧道場效應晶體管 49

3.1  隧穿效應與PIN隧道場效應晶體管 49

3.2  源漏雙折疊柵雙向隧道場效應晶體管 52

3.2.1  源漏雙折疊柵極雙向隧道場效應晶體管的結構與參數 54

3.2.2  N+區摻雜濃度的影響 55

3.2.3  N+摻雜區長度的影響 56

3.2.4  本徵區長度的影響 58

3.2.5  P+區摻雜濃度的影響 59

3.2.6  的影響 61

3.2.7  本節結語 61

3.2.8  參考文獻 61

第4章  高肖特基勢壘無摻雜隧道場效應晶體管 66

4.1  平面高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管 66

4.1.1  平面高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管的結構與參數 68

4.1.2  與隧道場效應晶體管和肖特基勢壘金屬氧化物半導體場效應晶體管的對比 71

4.1.3  肖特基勢壘高度的影響 72

4.1.4  本節結語 75

4.1.5  參考文獻 75

4.2  H形柵極高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管 76

4.2.1  H形柵極高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管的結構與參數 77

4.2.2  H形柵極高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管工藝流程設計 78

4.2.3  與平面高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管的比較 81

4.2.4  源漏電極高度的影響 85

4.2.5  主控柵極與輔助柵間距的影響 86

4.2.6  H形柵極高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管的輸出特性 87

4.2.7  本節結語 87

4.2.8  參考文獻 88

4.3  源漏垂直嵌入式高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管 90

4.3.1  源漏垂直嵌入式高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管的結構與參數 91

4.3.2  與平面高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管對比 92

4.3.3  兩側垂直溝道高度的影響 95

4.3.4  中央水平溝道高度的影響 95

4.3.5  輔助柵電壓的影響 96

4.3.6  與FinFET的比較 96

4.3.7  源漏垂直嵌入式高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管工藝流程設計 99

4.3.8  本節結語 102

4.3.9  參考文獻 102

4.4  高低肖特基勢壘隧道場效應晶體管 104

4.4.1  高低肖特基勢壘隧道場效應晶體管的結構與參數 105

4.4.2  高低肖特基勢壘隧道場效應晶體管的工作原理 106

4.4.3  高低肖特基勢壘隧道場效應晶體管特性分析 107

4.4.4  與基於摻雜的PIN隧道場效應晶體管對比 109

4.4.5  本節結語 111

4.5  高低高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管 112

4.5.1  高低高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管的結構與參數 113

4.5.2  高低高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管的工作原理 114

4.5.3  本徵硅區長度的影響 114

4.5.4  柵極氧化物厚度的影響 117

4.5.5  柵極氧化物材料的影響 119

4.5.6  肖特基勢壘高度的影響 120

4.5.7  與平面高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管對比 122

4.5.8  與基於摻雜的雙向隧道場效應晶體管對比 127

4.5.9  高低高肖特基勢壘雙向隧道場效應晶體管工藝流程設計 131

4.5.10  本節結語 132

4.5.11  參考文獻 133

第5章  可重置晶體管 135

5.1  可重置晶體管概述 135

5.1.1  可重置晶體管的提出 135

5.1.2  參考文獻 136

5.2  I形柵控雙向可重置隧道場效應管 139

5.2.1  I形柵控雙向可重置隧道場效應管的結構與參數 140

5.2.2  I形柵控雙向可重置隧道場效應晶體管的工藝流程設計 141

5.2.3  I形柵控雙向可重置隧道場效應管的工作原理 143

5.2.4  I形柵控雙向可重置隧道場效應晶體管與FinFET的比較 144

5.2.5  嵌入式源極/漏極厚度的影響 145

5.2.6  I形柵控雙向可重置隧道場效應晶體管的輸出特性 146

5.2.7  I形柵控雙向可重置隧道場效應晶體管的可重置特性 147

5.2.8  本節結語 148

5.2.9  參考文獻 148

5.3  具有互補低肖特基勢壘源漏的雙向可重置場效應晶體管 149

5.3.1  具有互補低肖特基勢壘源漏的雙向可重置場效應晶體管的結構與參數 149

5.3.2  具有互補低肖特基勢壘源漏的雙向可重置場效應晶體管與普通雙向可重置場效應

晶體管的比較 152

5.3.3  可重置特性分析 161

5.3.4  本節結語 164

5.4  互補摻雜源漏雙向可重置場效應晶體管 164

5.4.1  互補摻雜源漏雙向可重置場效應晶體管的結構與參數 165

5.4.2  互補摻雜源漏雙向可重置場效應晶體管與普通雙向可重置場效應晶體管工作原理的

對比 166

5.4.3  互補摻雜源漏雙向可重置場效應晶體管與普通雙向可重置場效應晶體管性能的

對比 168

5.4.4  兩側編程柵極電壓的影響 183

5.4.5  中央控制柵極電壓的影響 186

5.4.6  本節結語 189

第6章  非易失可重置晶體管 190

6.1  單柵控制非易失浮置程序柵可重置晶體管 190

6.1.1  單柵控制非易失浮置程序柵可重置晶體管的結構與參數 191

6.1.2  單柵控制非易失浮置程序柵可重置晶體管的原理 192

6.1.3  與普通的可重置晶體管的比較 192

6.1.4  浮置柵極編程特性分析 194

6.1.5  浮置程序柵可重置場效應晶體管的簡易工藝流程 197

6.1.6  本節結語 199

6.1.7  參考文獻 199

6.2  單柵極控制非易失雙向可重置場效應晶體管 200

6.2.1  單柵極控制非易失雙向可重置場效應晶體管的結構與參數 201

6.2.2  Q和的變化對的影響 202

6.2.3  單柵極控制非易失雙向可重置場效應晶體管原理分析 203

6.2.4  與普通雙向可重置場效應晶體管的對比 205

6.2.5  浮柵電荷量的影響 206

6.2.6  非易失雙向可重置場效應晶體管編程與擦除特性分析 207

6.2.7  本節結語 207

6.2.8  參考文獻 208

6.3  源漏內嵌式非易失雙向可重置晶體管 209

6.3.1  源漏內嵌式非易失雙向可重置晶體管的結構與參數 210

6.3.2  源漏內嵌式非易失雙向可重置晶體管的簡易工藝流程設計 211

6.3.3  源漏內嵌式非易失雙向可重置晶體管的浮柵編程與擦除特性分析 212

6.3.4  與無摻雜隧道場效應晶體管及普通雙向可重置晶體管的對比 215

6.3.5  源漏內嵌式非易失雙向可重置晶體管的可重置特性分析 217

6.3.6  源漏電極之間的硅區長度的影響 218

6.3.7  本節結語 219

6.3.8  參考文獻 219

6.4  互補低肖特基勢壘源漏接觸的非易失雙向可重置晶體管 221

6.4.1  互補低肖特基勢壘源漏接觸的非易失雙向可重置晶體管的結構與參數 222

6.4.2  互補低肖特基勢壘源漏的雙向可重置場效應晶體管的編程與擦除特性 223

6.4.3  與普通雙向可重置場效應晶體管的比較 225

6.4.4  互補低肖特基勢壘源漏的雙向可重置場效應晶體管的工作原理分析 225

6.4.5  電荷量對傳輸特性與輸出特性的影響 227

6.4.6  互補低肖特基勢壘源漏的雙向可重置場效應晶體管的可重置特性分析 229

6.4.7  互補低肖特基勢壘源漏的雙向可重置場效應晶體管的工藝流程設計 229

6.4.8  本節結語 232

6.4.9  參考文獻 232

6.5  雙摻雜源漏非易失雙向可重置場效應晶體管 234

6.5.1  雙摻雜源漏非易失雙向可重置場效應晶體管的結構與參數 234

6.5.2  雙摻雜源漏非易失雙向可重置場效應晶體管的編程與擦寫特性 236

6.5.3  與雙摻雜源漏雙向可重置場效應晶體管的比較 237

6.5.4  浮柵電荷量的影響 239

6.5.5  非易失可重置特性分析 241

6.5.6  雙摻雜源漏非易失雙向可重置場效應晶體管的工藝流程設計 241

6.5.7  本節結語 245

6.5.8  參考文獻 245

第7章  可重置肖特基二極管 247

7.1  基於互補摻雜源的可重置肖特基二極管 247

7.1.1  基於互補摻雜源的可重置肖特基二極管的結構與參數 247

7.1.2  基於互補摻雜源的可重置肖特基二極管的工藝流程設計 250

7.1.3  基於互補摻雜源的可重置肖特基二極管的可重置特性分析 252

7.1.4  基於互補摻雜源的可重置肖特基二極管的同或邏輯特性分析 259

7.1.5  本節結語 261

7.1.6  參考文獻 261

7.2  基於互補低肖特基勢壘源的可重置肖特基二極管 263

7.2.1  基於互補低肖特基勢壘源的可重置肖特基二極管的結構與參數 263

7.2.2  基於互補低肖特基勢壘源的可重置肖特基二極管的工藝流程設計 265

7.2.3  基於互補低肖特基勢壘源的可重置肖特基二極管的可重置特性分析 267

7.2.4  基於互補低肖特基勢壘源的可重置肖特基二極管的同或邏輯特性分析 275

7.2.5  本節結語 277

第8章  基於集成化場效應晶體管的先進環境傳感器件 278

8.1  基於場效應晶體管的環境傳感器件概述 278

8.1.1  基於場效應晶體管的環境傳感器件 278

8.1.2  薄膜場效應傳感器件 279

8.1.3  催化柵場效應傳感器件 279

8.1.4  懸浮柵場效應傳感器件 280

8.1.5  浮柵懸浮柵場效應傳感器件 280

8.1.6  平面浮柵場效應傳感器件 281

8.1.7  本節結語 282

8.1.8  參考文獻 282

8.2  基於金屬氧化物半導體的HFGFET傳感器件 282

8.2.1  基於的HFGFET傳感器件的結構及制備 283

8.2.2  基於的HFGFET傳感器件的傳感特性 284

8.2.3  基於的HFGFET傳感器件的傳感特性 286

8.2.4  基於的HFGFET傳感器件的基本工作原理 287

8.2.5  本節結語 288

8.2.6  參考文獻 288

8.3  基於聚合物的HFGFET傳感器件 289

8.3.1  基於PEI的HFGFET傳感器件的結構及制備 289

8.3.2  基於PEI的HFGFET傳感器件的濕度傳感特性 291

8.3.3  基於PEI的HFGFET傳感器件的基本工作原理 292

8.3.4  本節結語 296

8.3.5  參考文獻 296