Ni germanide (NiGe) is a promising alloy material with small contact resistance at the source/drain (S/D) of Ge MOSFETs. However, it is necessary to reduce the specific contact resistance between NiGe and the doped Ge S/D region in high-performance MOSFETs. In this study, a novel method is proposed to reduce the specific contact resistance between NiGe and p-type Ge (p-Ge) using a Tb interlayer. The specific contact resistance between NiGe and p-Ge was successfully decreased with the introduction of the Tb interlayer. To investigate the mechanism behind the reduction in the specific contact resistance, the elemental distribution and crystalline structure of NiGe were analyzed using secondary ion mass spectroscopy and X-ray diffraction. It is likely that the reduction in specific contact resistance was caused by an increase in the concentration of boron in the space between NiGe and p-Ge due to the influence of the Tb interlayer.
High performance $Si_{0.8}Ge_{0.2}$ heterostructure metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs) were fabricated using well-controlled delta-doping of boron and $Si_{0.8}Ge_{0.2}$/Si heterostructure epitaxal layers grown by reduced pressure chemical vapor deposition. In this paper, we report 1/f noise characteristics of the SiGe pMOSFETs measured under various bias conditions of the gate and drain voltages changing in linear operation regions. From the noise spectral density, we found that the gate and drain voltage dependence of the noise represented same features, as usually scaled with $f^{-1}$ However, 1/f noise was found to be much lower in the device with boron delta-doped layer, by a factor of $10^{-1}_10^{-2}$ in comparison with the device fabricated without delta-doped layer. 1/f noise property of delta-doped device looks important because the device may replace bipolar transistors most commonly embedded in high-frequency oscillator circuits.
High performance SiGe heterostructure metal-oxide-semiconductor field effect transistors(MOSFETs) were fabricated using well-controlled delta-doping of boron and SiGe/Si heterostructure epitaxal layers grown by reduced pressure chemical vapor deposition. In this paper, we report 1/f noise characteristics of the SiGe MOSFETs measured under various bias conditions of the gate and drain voltages changing in linear operation regions. From the noise spectral density, we found that the gate and drain voltage dependence of the noise represented same features, as usually scaled with $f^1$. However, 1/f noise was found to be much lower in the device with boron delta-doped layer, by a factor of $10^{-1}\sim10^{-2}$ in comparion with the device fabricated without delta-doped layer. 1/f noise property of delta-doped device looks important because the device may replace bipolar transistors most commonly embedded in high-frequency oscillator circuits.
The stress effect of SiGe p-type metal oxide semiconductors field effect transistors(MOSFETs) has been investigated to compare device properties using Si bulk and partially depleted silicon on insulator(PD SOI). The electrical properties in SiGe PD SOI presented enhancements in subthreshold slope and drain induced barrier lowering in comparison to SiGe bulk. The reliability of gate oxides on bulk Si and PD SOI has been evaluated using constant voltage stressing to investigate their breakdown (~ 8.5 V) characteristics. Gate leakage was monitored as a function of voltage stressing time to understand the breakdown phenomena for both structures. Stress induced leakage currents are obtained from I-V measurements at specified stress intervals. The 1/f noise was observed to follow the typical $1/f^{\gamma}$ (${\gamma}\;=\;1$) in SiGe bulk devices, but the abnormal behavior ${\gamma}\;=\;2$ in SiGe PD SOI. The difference of noise frequency exponent is mainly attributed to traps at silicon oxide interfaces. We will discuss stress induced instability in conjunction with the 1/f noise characteristics in detail.
Partially-depleted Silicon on insulator metal-oxide-semiconductor field- effect transistors (PD-SOI MOSFETs) with Silicon-germanium (SiGe) layer is investigated. This structure uses SiGe layer to reduce the kink effect in the floating body region near the bottom channel/buried oxide interface. Among many design parameters influencing the performance of the device, Ge composition is presented most predominant effects, simulation results show that kink effect is reduced with increase the Ge composition. Because the bandgap of SiGe layer is reduced at higher Ge composition, the hole current between body and SiGe layer is enhanced.
Silicon-on-insulator(SOI) MOSFET with SiGe/Si heterostructure channel is an attractive device due to its potent use for relaxing several limits of CMOS scaling, as well as because of high electron and hole mobility and low power dissipation operation and compatibility with Si CMOS standard processing. SOI technology is known as a possible solution for the problems of premature drain breakdown, hot carrier effects, and threshold voltage roll-off issues in sub-deca nano-scale devices. For the forthcoming generations, the combination of SiGe heterostructures and SOI can be the optimum structure, so that we have developed SOI n-MOSFETs with SiGe/Si heterostructure channel grown by reduced pressure chemical vapor deposition. The SOI n-MOSFETs with a SiGe/Si heterostructure are presented and their DC characteristics are discussed in terms of device structure and fabrication technology.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제13권4호
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pp.367-380
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2013
In this paper, an analytical threshold voltage model is developed for a short-channel double-material-gate (DMG) strained-silicon (s-Si) on silicon-germanium ($Si_{1-X}Ge_X$) MOSFET structure. The proposed threshold voltage model is based on the so called virtual-cathode potential formulation. The virtual-cathode potential is taken as minimum channel potential along the transverse direction of the channel and is derived from two-dimensional (2D) potential distribution of channel region. The 2D channel potential is formulated by solving the 2D Poisson's equation with suitable boundary conditions in both the strained-Si layer and relaxed $Si_{1-X}Ge_X$ layer. The effects of a number of device parameters like the Ge mole fraction, Si film thickness and gate-length ratio have been considered on threshold voltage. Further, the drain induced barrier lowering (DIBL) has also been analyzed for gate-length ratio and amount of strain variations. The validity of the present 2D analytical model is verified with ATLAS$^{TM}$, a 2D device simulator from Silvaco Inc.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제8권3호
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pp.264-275
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2008
Electron mobility has been investigated theoretically in undoped double-gate (DG) MOSFETs of different channel architectures: a relaxed-Si DG SOI, a strained-Si (sSi) DG SSOI (strained-Si-on-insulator, containing no SiGe layer), and a strained-Si DG SGOI (strained-Si-on-SiGe-on-insulator, containing a SiGe layer) at 300K. Electron mobility in the DG SSOI device exhibits high enhancement relative to the DG SOI. In the DG SGOI devices the mobility is strongly suppressed by the confinement of electrons in much narrower strained-Si layers, as well as by the alloy scattering within the SiGe layer. As a consequence, in the DG SGOI devices with thinnest strained-Si layers the electron mobility may drop below the level of the relaxed DG SOI and the mobility enhancement expected from the strained-Si devices may be lost.
Ge은 Si에 비하여 높은 이동도를 갖기 때문에 차세대 고속 metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) 소자를 위한 channel 물질로서 각광받고 있다. 그러나 화학적으로 안정한 게이트 산화막의 부재는 MOS 소자에 Ge channel의 사용에 주요한 장애가 되어왔다. 특히, Ge 기판 위에 고품질의 계면 특성을 갖는 게이트 절연막의 제조는 필수 요구사항이다. 본 연구에서, $HfO_xN_y$ 박막은 Ge 기판 위에 플라즈마 원자층 증착법(plasma-enhanced atomic layer deposition, PEALD)을 이용하여 증착되었다. 플라즈마 원자층 증착공정 동안에 질소는 질소, 산소 혼합 플라즈마를 이용한 in situ 질화법에 의하여 첨가되었다. 산소 플라즈마에 대한 질소 플라즈마의 첨가로 성분비를 조절함으로써 전기적 특성과 계면 성질을 향상시키는데 초점을 맞추어서 연구를 진행하였다. 질소 산소의 비가 1:1이었을 때, EOT의 값의 10% 감소를 갖는 고품질의 소자특성을 보여주었다. X-ray photoemission spectroscopy (XPS)와 high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM)를 사용하여 박막의 화학적 결합 구조와 미세구조를 분석하였다.
For the first time, high quality ultra-thin strained Si/SiGe on Insulator (SGOI) substrate with total SGOI thickness( $T_{Si}$ + $T_{SiGe}$) of 13 nm is developed to combine the device benefits of strained silicon and SOI. In the case of 6- 10 nm-thick top silicon, 100-110 % $I_{d,sat}$ and electron mobility increase are shown in long channel nFET devices. However, 20-30% reduction of $I_{d,sat}$ and electron mobility are observed with 3 nm top silicon for the same long channel device. These results clearly show that the FETs operates with higher performance due to the strain enhancement from the insertion of SiGe layer between the top silicon layer and the buried oxide(BOX) layer. The performance degradation of the extremely thin( 3 nm ) top Si device can be attributed to the scattering of the majority carriers at the interfaces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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