Управление величиной порогового напряжения

Контроль порогового напряжения играет ключевую роль в разработке и изготовлении МОПТ. Пороговое напряжение для МОП транзисторов с разными типами подложек можно записать в форме

, (2.5.1)

где знак плюс соответствует подложке p -типа; минус − подложке n- типа. Повышение уровня легирования увеличивает пороговое напряжение для n -типа подложки и уменьшает для p -типа.

Из формулы (2.5.1) видно также, что подгонку порогового напряжения можно проводить технологически за счет контролируемого изменения:

• толщины подзатворного окисла (и удельной емкости С_O);

• уровня легирования подложки (добавление акцепторов в подложку увеличивает V_T, а добавление доноров уменьшает порог вне зависимости от типа подложки);

• изменения контактной разности потенциалов за счет подбора материала затворов.

В старых технологиях, в которых уровень легирования подложки был относительно низким, актуальной являлась задача увеличения порогового напряжения за счет более сильного в области канала и спадающего вглубь профиля легирования подложки. Увеличение степени легирования подложки вызывает негативные явления, а именно:

уменьшение подвижности носителей в канале;

усиление эффекта влияния подложки на пороговое напряжение.

По мере уменьшения технологической нормы и увеличения степени легирования подложки стал использоваться постоянный профиль легирования (рис. 2.4)

Когда появилась проблема понижения порогового напряжения, её стали решать с помощью повышающего профиля легирования или так называемого ретроградного легирования (рис. 2.5).

Для идеализированного профиля ретроградного легирования выражение для порогового напряжения имеет вид

. (2.5.2)

На практике ретроградное легирование в современных транзисторах реализуется с помощью создания относительно сильнолегированного слоя в относительно слаболегированной подложке. При этом, сильнолегированный р- слойэкранирует р-п переход стока, уменьшая его толщину и улучшая электростатическое качество транзистора.

Если имплантированный сильнолегированный слой является достаточно узким, то в этом случае говорят о легировании дельта-слоем. Профиль концентрации легирующей примеси при имплантации можно аппроксимировать гауссовским распределением

, (2.5.3)

где N_I - полная поверхностная концентрация примеси в слое с характерной толщиной , находящемся на расстоянии х_с от границы раздела. Если этот слой тонкий (<< x_d),то гауссовскую функцию можно приближенно заменить дельта-функцией Дирака . Используя это значение, получаем выражение для порогового напряжения при дельта-легировании:

. (2.5.4)

Существенным преимуществом дельта-легирования является уменьшение нежелательного влияния обратного смещения на подложке на пороговое напряжение.