P型複晶矽閘極在P型金氧半場效電晶體特性之研究

Abstract

傳統的互補式金氧半場效電晶體(CMOSFET),運用N 型複晶矽閘極(N –Poly Silicon Gate),在縮小化時, P 型金氧半場效電晶體(PMOSFET) 扮演著一個主要的關鍵。為了 使P 型通道電晶體的臨限電壓(Threshold Voltage) 在-0.7∼0.9V之間, 采用硼植入 , 在P 型金氧半場效電晶體的表面區域形成一個p-n 介面, 也使通道的型式由表面通 道(Surface Channel) 轉變為內建通道(Buried Channel)。但這p-n 介面在短通道時 卻導致了嚴重的汲極電壓引起能障下降(Drain Induced Barrier Lowering)和崩潰問 題(Punchthrough Problem)。所以為了改進此一問題, 采用了P 型複晶矽問題(Punc- hthrough Problem)。 所以為了改進此一問題, 采用了P 型復晶矽閘極(P –Poly Si -licon Gate)來製做表面型通道的P 型金氧半場效電晶體。這兩種複晶矽閘極形成不 同型式的通道, 其主要原因是由於工作函數(Work Function) 的不同。但P 型複晶矽 閘極反而在N 型金氧半場效電晶體(NMOSFET) 形成內建通道, 同樣的內建通道問題亦 將轉到N 型金氧半場效電晶體。所以在此采用了雙重複晶矽閘極(Dual-Poly Silicon Gate),運用N 型複晶矽閘極於N 型金氧半場效電晶體,P型複晶矽閘極於P 型金氧半場 效電晶體。 在此篇論文中比較了兩種複晶矽閘極運用於P 型金氧半場效電晶體的特性。可以發現 , 采用P 型複晶矽閘極, 有較好的短通道效應(Short Channel Effect), 并在崩潰電 壓隨通道變小而下降的現象上有大的改進, 提升了閘極的控制能力, 降低了漏電流和 基晶層(Substrate) 加電壓導致的臨限電壓偏移。但也使得電晶體的傳導能力(Tran- sconductance) 下降, 汲極飽和電流變小, 基晶層電流上升。 另外采用P 型複晶矽閘極時的閘極片電阻(Sheet Resistance)和硼穿透現象, 在此也 加以討論。其片電阻無論采用任何製程, 均比N 型複晶矽高出甚多, 所以必須考慮複 晶矽化合物(Policide)的配合使用。而硼的穿透現象是隨高溫過程, 植入能量, 氧化 層( 閘極 )厚度而影響改變。由實驗結果可以發現, 當氧化層變薄時, 通道效應(Ch- anneling Effect)和氟影響(Fluorine Influence)使硼的穿透現象甚為嚴重。所以要 防止硼的穿透就必須采用低能量植入, 并儘可能降低氟的加入( 在生產過程中 )。此 外也可考慮低溫處理和改變閘層電介質。