汲極微電量摻雜金氧半場效電晶體在直流下的劣化機構及其最佳化趨勢

Abstract

本論文探討不同的制程參數所做成的汲極微量摻雜金氧半場效應電晶體(LDD MOSFET) 在直流偏壓下的劣化行為。不同的汲極微量摻雜值入劑量, 不同寬度的低溫二氧化矽 間隔區(LIO Spacer), 及不同的磷回流溫度, 都會對微量摻雜區串聯電阻, 通道最大 電場值及其位置, 甚至有效通道長度(Leff)造成改變。 由2 維元件模擬結果得知汲極微量摻雜金氧半場效應電晶體的表面橫向電場有兩個高 峰, 一個是發生在汲極和井區介面, 稱做固有高峰, 另一個是發生在閘極邊緣的表面 , 是汲極微量參雜金氧半場效電晶體所特有的, 稱做汲極微量摻雜高峰。汲極微量摻 雜高峰是造成汲極微量摻雜金氧半場效電晶體劣化的主因。從壓制微量摻雜高峰的峰 值的觀點, 最佳化的汲極微量摻雜金氧半場效電晶體, 應具下列特性:(1)閘極和微量 摻雜汲極的重壘, 愈大愈好,(2)閘極和高濃度汲極的重壘愈小愈好, 但一定要重壘。 在做直流偏壓劣化前, 所有的元件都先測量其返迴電壓(Snap-back voltage),電流驅 動能力(Idsat),及總電阻值(Rtotal)。於直流偏壓劣化過程中, 則記錄元件的臨界電 壓(Vth)。 次臨界特性(Subthreshold Swing), 反向飽和電流(Reversed Idsat), 接 合面狀態(interface state Dit)。 由元件劣化資料得知, 不同的制程參數將導致不 同的劣化機構。當低溫二氧化矽間隔區寬度太大( 超過2000A), 而使得閘極和高濃度 汲極不重壘時, 電晶體劣化得很快。另一方面, 當汲極微量摻雜植入劑量太大( 超過 3×10 1/cm )或太小( 小於1×10 1/cm ),至使閘極和微量摻雜汲極的重壘變小 時, 電晶體也將劣化得很快。故由實驗和理論的互相驗證, 可得汲極微量摻雜金氧半 場效應電晶體的最佳化制程參數及其趨勢。