С5.2.6 Латерально неоднородное легирование канала

До сих пор мы обсуждали неоднородное легирование канала в вертикальном направлении. Другой тип неоднородного легирования используется в очень коротких приборах в продольном направлении. Для пМОПТ это достигается имплантацией средней дозы примеси р-типа, выполняемой вместе с имплантацией п+-стока и истока после формирования рисунка затвора. Как показано на рис С5.17, концентрация примеси р-типа имеет пики вблизи краев стока и истока прибора, но провал вблизи середины вследствие экранирования затвором потока ионов при имплантировании.

Рис.С5.17.

Латерально неоднородное гало-легирование в пМОПТ. Для заданной длины маски имеется распределение реальных длин затвора на пластине. Случай большей длины (а) и короткой длины (b). Ниже показана вариация профиля примеси вдоль горизонтального сечения через области стока и истока.

Такое самосовмещенное продольно неоднородное легирование канала называется гало-легированием или легированием в кармашек. Рис. С5.17 показывает, как работает гало, противодействуя ККЭ, то есть спаду порогового напряжения у короткоканальных приборов с разной длиной канала (или длиной затвора). При более длинном канале, показанном на рис.С5.17.а, два р+-кармашка расположены дальше друг от друга, чем в случае короткого канала (рис.С5.17b). Это создает более высокую среднюю концентрацию примеси р-типа в более коротком приборе, чем в длинном. Более высокая концентрация означает более высокое пороговое напряжение. Таким образом, неоднородное гало-легирование создает тенденцию повышения порогового напряжения для короткоканальных приборов, которая работает в направлении компенсации ККЭ. При оптимально спроектированном двумерном профиле легирования, называемом супергало, возможно в принципе нейтрализовать ККЭ и достичь почти идентичных значений и у приборов разной длины внутри допусков процессов 25нм МОПТ.

Литература

1. Taur Y., Ning T.H., Fundamentals of Modern VLSI Device, 2009, p.204-253.

2. .Taur Y., Buchanan D.A., Wei Chen, Frank D.J. at al. CMOS Scaling into the Nanometer Regime, Proceedings of the IEEE, 2001, v.85, №4, pp.486-504.

Задание на СРС

1. Ознакомиться с методические указаниями студентам по изучению дисциплины «Физика наноразмерных полупроводниковых структур» (Приложение 2).

2. Имеется пМОПТ с п+-поликремниевым затвором (обеднением поликремния пренебречь). Толщина окисла 7нм, подложка р-типа имеет ретроградный профиль легирования с N_s = 0. Принять .

а) Выбрать значения , при которых максимальная толщина ОПЗ и пороговое напряжение (при ) .

б) Для случая а) рассчитать коэффициент подложки m и подпороговый размах S (длинноканальный прибор).

в) Для случая а) определить до какой величины может масштабироваться длина канала, пока ККЭ ни станут неприемлемыми.

3. МОПТ неравномерно легирован по ширине затвора. Часть ширины имеет линейно экстраполированное пороговое напряжение , другая часть − и , соответственно. Показать, что пока характеристики находятся в линейной области, этот прибор эквивалентен однородному МОПТ с шириной и линейно экстраполированным напряжением Краевыми эффектами пренебречь.