MOSFET雙峰效應(yīng)的評估方法簡介

金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)是由一個金氧半(MOS)二機(jī)體和兩個與其緊密鄰接的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(dǎo)體記憶體(memory)等先進(jìn)集成電路中最重要的元件。隨著超大型集成電路(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(yīng)用。當(dāng)MOSFET的有效通道長度(L)和寬度(W)的尺寸越來越小時，一種MOS器件的失效模式：雙峰效應(yīng)(double-hump)也越來越受到人們的重視。

　　1 雙峰效應(yīng)

　　圖1是典型的雙峰效應(yīng)示意圖。在圖中虛線方框中，電流Id在閥極電壓Vg很小的時候出現(xiàn)了一個峰值。在整個Id-Vg曲線中出現(xiàn)兩個峰值，稱之為雙峰效應(yīng)。它的表現(xiàn)是在次臨界區(qū)(sub-threshold)，MOS還沒有開啟時(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(xiàn)象做了大量的研究。人們普遍接受，晶體管的側(cè)壁寄生晶體管的預(yù)先開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(qū)域和側(cè)壁位置的不同，導(dǎo)致了側(cè)壁寄生晶體管的預(yù)先開啟。在MOS的基板加有反向電壓時，雙峰現(xiàn)象特別明顯。圖2中TrenchrecesS和Corner out-doping這兩種現(xiàn)象可以被用來解釋為什么晶體管的側(cè)壁位置粒子注入的摻雜濃度會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(xiàn)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(yīng)。

　　本文將介紹一種雙峰效應(yīng)的簡單評估方法，使雙峰效應(yīng)的程度得以量化。并且通過對量化數(shù)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(yàn)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(yàn)。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);通過對不同注入條件的MOS器件的Jd-Vg曲線的測量和分析，以期能得到摻雜濃度分布和雙峰效應(yīng)的關(guān)系。

　　3 雙峰效應(yīng)的評估方法

　　圖3(a)是N型MOS器件的Id-Vg測量曲線。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)線表示Id的測量值，可以看到很明顯的雙峰現(xiàn)象。由于Vg很小的區(qū)間，測試電流值很小，而且不準(zhǔn)確，所以取Vg在O.5～1.OV這個區(qū)間作為雙峰效應(yīng)的評估區(qū)間。圖3(b)中的虛線為理想的Id-Vg曲線?？梢愿鶕?jù)MOS在(Vg比較高)線性區(qū)和飽和區(qū)的測量值，采用多項(xiàng)式近似曲線擬合法(Polynomi-al Regression Fitting)反向推導(dǎo)得出。圖中實(shí)線測量值和虛線擬合值的陰影部分表明了MoS器件的漏電程度，用陰影面積來作為雙峰效應(yīng)的量化評估值。