一種MOSFET雙峰效應的簡(jiǎn)單評估方法

金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)是由一個(gè)金氧半(MOS)二機體和兩個(gè)與其緊密鄰接的P-n接面(p-n junction)所組成。自從在1960年首次證明后，MOSFET快速的發(fā)展，并且成為微處理器與半導體記憶體(memory)等先進(jìn)集成電路中最重要的元件。隨著(zhù)超大型集成電路(VLSI)的快速發(fā)展，淺溝槽隔離(STI)技術(shù)在MOSFET制成中得到了廣泛的應用。當MOSFET的有效通道長(cháng)度(L)和寬度(W)的尺寸越來(lái)越小時(shí)，一種MOS器件的失效模式：雙峰效應(double-hump)也越來(lái)越受到人們的重視。

　　1 雙峰效應

　　圖1是典型的雙峰效應示意圖。在圖中虛線(xiàn)方框中，電流Id在閥極電壓Vg很小的時(shí)候出現了一個(gè)峰值。在整個(gè)Id-Vg曲線(xiàn)中出現兩個(gè)峰值，稱(chēng)之為雙峰效應。它的表現是在次臨界區(sub-threshold)，MOS還沒(méi)有開(kāi)啟時(shí)(Vg

　　圖1中，NMOS的W和L分別為10μm和0.18μm;Vsource=0;Vdrain=0.1 V;Vsub=0，-0.45 V，-0.9 V，-1.35 V，-1.8 V;Vg從0升到1.8 V。近幾年，人們對這種失效現象做了大量的研究。人們普遍接受，晶體管的側壁寄生晶體管的預先開(kāi)啟是漏電的根本原因。理論上講，由于粒子注入的有效摻雜濃度在晶體管的中心區域和側壁位置的不同，導致了側壁寄生晶體管的預先開(kāi)啟。在MOS的基板加有反向電壓時(shí)，雙峰現象特別明顯。圖2中TrenchrecesS和Corner out-doping這兩種現象可以被用來(lái)解釋為什么晶體管的側壁位置粒子注入的摻雜濃度會(huì )不同于晶體管中心位置(通道正下方)。由于Trenchrecess和Corner ou-doping這兩種現象是不可避免的，所以人們嘗試了很多種方法去優(yōu)化摻雜的有效濃度分布，以期降低和消除雙峰效應。

　　本文將介紹一種雙峰效應的簡(jiǎn)單評估方法，使雙峰效應的程度得以量化。并且通過(guò)對量化數字的評估，可以定性和定量地了解和確定最優(yōu)化的摻雜濃度條件。

　　2 實(shí)驗條件

　　本文分別對N型MOS的Vt和Punch-through的粒子注入摻雜濃度進(jìn)行了正交試驗。其中，Vt注入的濃度分別為：4.55×1012cm-2;6.55×1012cm-2和8.55×1012cm-12。，注入能量為25 kev，雜質(zhì)成分為硼(Boron);Punch-through注入的濃度分別為：4.0×1012cm-2;7.13×1012cm-2和1.0×1013cm-2，注入能量為170 kev，雜質(zhì)成分為銦(Indium);通過(guò)對不同注入條件的MOS器件的Jd-Vg曲線(xiàn)的測量和分析，以期能得到摻雜濃度分布和雙峰效應的關(guān)系。

　　3 雙峰效應的評估方法

　　圖3(a)是N型MOS器件的Id-Vg測量曲線(xiàn)。MOS器件的W和L分別為10 μm和0.18μm，測量條件為：Vsource=O;Vdrain=0.1V;Vsub=-1.8 V;Vg從0升到1.8 V;圖中實(shí)線(xiàn)表示Id的測量值，可以看到很明顯的雙峰現象。由于Vg很小的區間，測試電流值很小，而且不準確，所以取Vg在O.5～1.OV這個(gè)區間作為雙峰效應的評估區間。圖3(b)中的虛線(xiàn)為理想的Id-Vg曲線(xiàn)?？梢愿鶕﨧OS在(Vg比較高)線(xiàn)性區和飽和區的測量值，采用多項式近似曲線(xiàn)擬合法(Polynomi-al Regression Fitting)反向推導得出。圖中實(shí)線(xiàn)測量值和虛線(xiàn)擬合值的陰影部分表明了MoS器件的漏電程度，用陰影面積來(lái)作為雙峰效應的量化評估值。

上一頁(yè) 1 2 下一頁(yè)