MOSFET雙峰效應的評估方法簡介

金屬氧化物半導體場效應晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)是由一個金氧半(MOS)二機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快速的發展，并且成為微處理器與半導體記憶體(memory)等先進集成電路中最重要的元件。隨著超大型集成電路(VLSI)的快速發展，淺溝槽隔離(STI)技術在MOSFET制成中得到了廣泛的應用。當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(double-hump)也越來越受到人們的重視。

　　1 雙峰效應

　　圖1是典型的雙峰效應示意圖。在圖中虛線方框中，電流Id在閥極電壓Vg很小的時候出現了一個峰值。在整個Id-Vg曲線中出現兩個峰值，稱之為雙峰效應。它的表現是在次臨界區(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啟。在MOS的基板加有反向電壓時，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解釋為什么晶體管的側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這兩種現象是不可避免的，所以人們嘗試了很多種方法去優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單評估方法，使雙峰效應的程度得以量化。并且通過對量化數字的評估，可以定性和定量地了解和確定最優化的摻雜濃度條件。

　　2 實驗條件

　　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的關系。

　　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。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;圖中實線表示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這個區間作為雙峰效應的評估區間。圖3(b)中的虛線為理想的Id-Vg曲線。可以根據MOS在(Vg比較高)線性區和飽和區的測量值，采用多項式近似曲線擬合法(Polynomi-al Regression Fitting)反向推導得出。圖中實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的量化評估值。