Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
за счет перераспределения примесей в процессе термического окисления.
Более тою, в современной МОП-технологии специальное неоднородное
легирование подложки, главным образом с помощью ионной имплантации,
широко используется для улучшения рабочих параметров приборов. Так,
например, в настоящее время ионная имплантация используется: во-первых,
для самосовмещения стока и истока с затвором, "тобы уменьшить емкости
перекрытия; во-вторых, для подлегирования границы рзздель Si-Si08 для
корректировки пороговых напряжений; в-1ретьих, для создания
имплантированных каналов на слаболегированных подложках, чго
предотвращает прокол (смыкание) стока с истоком; в четвертых, для
создания приборов со скрытым каналом путем введения в приповерхностную
область примесей противоположного Ъша.
М ОП-транвисторы
33
ш
.8.
-*\aRd\*-
р\
10 30 бо too т
О 0,1 0,2 0,3 0,1 0,5 0,6 0,7 0,8 Глубина проникновения х, мкм
Рис, 21. Нормализованные распределения концентрации имплантированного
бора по глубине кремниевой подложки при различных энергиях имплантации
[34].
Профили концентрации примеси при ионной имплантации близки к форме
гауссова распределения с максимумом на средней длине пробега Rp и
стандартным отклонением ARp:
Здесь Dj -доза ионов на единицу площади (рис. 21) [34]. Средняя длина
пробега и стандартное отклонение увеличиваются с ростом энергии
имплантируемых ионов [34]. Значения Rp и ARp для бора, мышьяка и фосфора
в кремнии приведены в гл. 2.
Ниже мы рассмотрим влияние неоднородного легирования канала на
характеристики, в особенности на пороговые напряжения и характерный
наклон подпорогового участка характеристик. Мы также рассмотрим МОП-
транзисторы со скрытым каналом, которые можно использовать в качестве
нагрузки (нормально открытый) в схеме инвертора и как нормально закрытые
быстродействующие приборы.
8.3.1. Сдвиг порога
^Чтобы рассчитать сдвиг порогового напряжения, обусловленный ионной
имплантацией, рассмотрим сначала идеализированный ступенчатый профиль
концентрации (pijc. 22) [35]. Отметим, что первоначальный профиль
концентрации имплантированных ионов заметно изменяется в процессе
термического отжига (рис. 22).
(55)
84
Глава S
Рис. 22. Профиль легирования в области имплантации под затворным окислом
[351.
Профиль после отжига можно аппроксимировать ступенчатой функцией с
глубиной х8, равной сумме средней длины пробега и стандартного отклонения
первоначального профиля. Высота ступеньки Ns-NB определяется соотношением
•м
(Ns - Л/в) .*S=J [Мл (л:) - NB]dx - D{.
(56)
При xs 0 (распределение в виде 6-функции на границе раздела) влияние
имплантированных акцепторов (например, отрицательно заряженных
ионизированных атомов бора) сводится к уменьшению положительного
фиксированного заряда окисла на величину qDj. Следовательно, в этом
случае
/2*^(2^+ УВ5) . qD,
Vj = V рв 4" ~b
Ci
а соответствующий сдвиг порога
&VT*=VT(D,)- VT(DJ
0)
4Dj_
Ci
Ci
(57)
(58)
Для широких распределений, таких, что xa > Wm (Wm - максимальная толщина
обедненного слоя при сильной инверсии), приповерхностный слой
полупроводника можно рассматривать как однородно легированную область с
концентрацией Ns• В этом случае пороговое напряжение определяется
выражением (31),
MO FT-транзисторы
35
в котором Njl следует заменить на Ns и соответствующим образом
скорректировать величину фв-
В случае х8 < Wm для определения толщины обедненного слоя и падения
напряжения в окисле необходимо решать уравнение Пуассона для ступенчатого
профиля концентрации примеси:
^-оГ~ Г "11/2
= 1/ ¦ 2<?в • Wm ¦/ </А/в
W
т
'К + ^bs - 2jp (Ns - NB)
(59)
¦ [NBWm + (Ns - Л'в) x"l = (NaWm + D,), (60)
где \))s - поверхностный изгиб зон при сильной инверсии, a Vt - падение
напряжения в слое окисла. Отсюда пороговое напряжение
VT = Vрв + Ч>. + (ф. + I'bs - Ц0,)Ш + (61)
Легко видеть, что, когда VBS -f \J.-S становится много больше qxsDj/2es,
выражение (61) стремится к приближенной формуле (57), соответствующей
импульсному (типа 6-функции) профилю примеси на границе с окислом.
Вычисленные с помощью формул (57)-(61) зависимости порогового напряжения
от смещения подложки 1/BS приведены на рис. 23. Кривые а и б
соответствуют случаю однородного легирования с NB = 7,5-1015 и 4• 1016
см-3 соответственно. Эти зависимости аналогичны зависимостям, приведенным
на рис. 9. Кривая в на рис. 23 получена в приближении импульсного профиля
имплантированной примеси на границе раздела. В соответствии с формулой
(57) она просто сдвинута относительно кривой а на величину qD,ICt =1,1 В.
Кривая г представляет точное решение уравнения Пуассона для ступенчатого
профиля. Легко видеть, что при малых VBs> когда Wm <Cxs = 0,2 мкм, она
близка к кривой б, соответствующей однородному распределению с высокой
концентрацией примеси (4-1016 см-3). При больших когда ^ > х8, кривая а
приближается к кривой в, соответствующей импульсной апроксимации профиля
концентрации имплантированных ионов.
