金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal－Oxide－Semiconductor Field－Effect Transistor,，MOSFET" title="MOSFET">MOSFET)是由一個(gè)金氧半(MOS)二機(jī)體和兩個(gè)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(shí),，一種MOS器件的失效模式：雙峰效應(yīng)" title="雙峰效應(yīng)">雙峰效應(yīng)(double－h(huán)ump)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(shí)候出現(xiàn)了一個(gè)峰值。在整個(gè)Id－Vg曲線中出現(xiàn)兩個(gè)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(shí)(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" title="摻雜濃度">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(shí),，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(gè)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,。

　　4 試驗(yàn)分析

　　通過對各種實(shí)驗(yàn)條件的Id-Vg曲線的測量和雙峰效應(yīng)的評估，以粒子注入的濃度變化作為變量,，雙峰效應(yīng)的量化值作為結(jié)果,，建立了兩者變化關(guān)系的模型。圖4和圖5分別是模型的精確度評估圖和注入濃度" title="注入濃度">注入濃度對雙峰效應(yīng)的變化模型圖,。

　　從圖4可以看出模型的精確度(Rsquare)為O.97,。這表明，粒子注入濃度和雙峰效應(yīng)具有非常強(qiáng)的相關(guān)性,。圖5顯示,，雙峰效應(yīng)對Vt的注入濃度非常敏感。隨著濃度的上升,，雙峰效應(yīng)越來越明顯,。這個(gè)現(xiàn)象和現(xiàn)有的理論相吻合。由于Vt的注入能量為25 kev,，有效摻雜濃度的峰值靠近MOS通道的表面,。并且硼的吸出效應(yīng)(out-doping)明顯，隨著粒子注入濃度的升高,，通道正下方的有效摻雜濃度上升,，但側(cè)壁位置的有效濃度變化不大，致使這兩個(gè)位置的濃度差異增加,。同時(shí),，硼的有效濃度的增加，會導(dǎo)致通道正下方的閾值臨界電壓Vt的上升,。這個(gè)變化會使得MOS通道下方開啟時(shí)間延遲,，從而側(cè)壁寄生晶體管的預(yù)先開啟時(shí)間變長，進(jìn)一步導(dǎo)致漏電量的增加,。同理,，采用的雙峰效應(yīng)的量化評估值就會增加，雙峰效應(yīng)明顯,。與Vt注入相比,，Punch－through注入的濃度變化對雙峰效應(yīng)的影響不明顯,。這是因?yàn)殂熢氐奈鲂?yīng)不明顯，所以銦的有效濃度的變化對通道正下方和側(cè)壁位置的有效摻雜濃度的差異貢獻(xiàn)不大,，從而雙峰效應(yīng)對銦的濃度變化相對不敏感,。

　　本文的模型可以用于定性和定量的分析，但是對于MOSFET來說,，V的粒子注入條件也影響晶體管整體的電學(xué)特性,。所以，在確定最優(yōu)化的摻雜濃度條件時(shí),，要綜合考慮,。

　　5 結(jié) 語

　　MOSFET的中心區(qū)域和側(cè)壁位置的有效摻雜粒子濃度的均勻分布是解決雙峰效應(yīng)的根本條件。不論這兩個(gè)位置的有效摻雜濃度差異的形成原因,，理論上都可以找到一個(gè)比較優(yōu)化的工藝條件,，使得有效摻雜濃度分布均勻，從而減少或消除雙峰效應(yīng)的影響,。通過對雙峰效應(yīng)的量化評估,，建立摻雜濃度和雙峰效應(yīng)相互關(guān)系的模型，從定性和定量的角度進(jìn)一步了解和確定優(yōu)化條件,。