《集成电路制造工艺与工程应用》第三章第四节热载流子注入效应与LDD工艺技术
内容简述：
为了不断提高器件的性能和单位面积器件的密度，器件的尺寸不断按比例缩小。但是这种按比例缩小并不是理想的，不是所有的参数都是等比例缩小的，例如器件的工作电压不是等比例缩小的，器件的沟道横向电场强度会随着器件尺寸的不断缩小而增加，特别是漏端附近的电场最强，当器件的特征尺寸缩小到亚微米和深亚微米，漏端附近会出现热载流子效应（Hot carrier Inject --HCI）。
因为热载流子注入效应会导致几个严重的问题，最终使器件和芯片失效。为了改善热载流子注入效应，半导体研发人员提出利用降低漏端与衬底pn结附近的峰值电场强度的LDD工艺技术来改善热载流子注入效应。
3.4 热载流子注入效应与轻掺杂漏（LDD）工艺技术--------------------------------------
3.4.1 热载流子注入效应简介-----------------------------------------------------------
注入
3.4.2 双扩散漏（DDD）和轻掺杂漏（LDD）工艺技术--------------------------
3.4.3 隔离侧墙（Spacer Sidewall）工艺技术--------------------------------------
3.4.4 轻掺杂漏离子注入和隔离侧墙工艺技术的工程应用-----------------------
3.4热载流子注入效应与轻掺杂漏（LDD）工艺技术
3.4.1热载流子注入效应简介
为了不断提高器件的性能和单位面积器件的密度，器件的尺寸不断按比例缩小，但是这种按比例缩小并不是理想的，不是所有的参数都是按比例缩小的，例如器件的工作电压不是等比例缩小的，器件的沟道横向电场强度会随着器件尺寸的不断缩小而增加，特别是漏端附近的电场最强。当器件的特征尺寸缩小到亚微米和深亚微米，漏端附近会出现热载流子效应(Hot Carrier Inject - HCI)。
为了更好的理解热载流子效应，我们先来理解一下MOSFET理想的IV特性曲线。当V g>V t（V t为阈值电压）时，首先漏端电流随漏端电压线性增加，因为此时器件沟道的作用可以等效于一个电阻，这个工作区间称为线性区。随着漏端电压不断升高，栅极在漏端附近的反型层厚度不断减小，漏电流偏离线性，这个工作区间称为非线性区。当漏端电压继续不断增大时，漏电流的曲线缓慢变平，直到沟道被夹断，漏电流趋于定值，器件最终进入饱和区。如图3-59所示，是MOSFET理想的电压与电流特性曲线。
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（a）
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端有源区的电阻率很低。虽然随着漏端电压的升高，耗尽区的宽度也会相应的增加，但是增加的耗尽区宽度不足以抵消或者削弱增加的电势差，所以随着器件漏端电压的升高，漏端耗尽区的电场会进一步增强。当沟道载流子进入耗尽区时，在未经晶格非弹性碰撞之前，载流子在强电场的作用下经过若干平均自由程加速而直接获得足够的能量成为高能载流子，这些高能载流子称为热载流子，它的能量高于导带低能量E c。当热载流子的动能达到3.1eV时，电子可以越过Si/SiO2界面的势垒3.1eV，进入栅极形成栅电子电流。
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小部分会越过Si/SiO2界面的势垒，进入栅极形成栅电流。绝大部分新产生的热空穴会流向衬底，形成衬底电流I sub，因为衬底的电势最低。对于短沟道器件，有一小部分热空穴会到达源端成为源电流。空穴的流向取决于衬底到源端的等效电阻R sub，当R sub=0时，几乎所有的空穴都流向衬底，而不会流向栅或者源端，但是R sub不可能等于0。如图3-63所示，是工作在饱和区的NMOS的电流流向。这种现象就是热载流子注入效应。如图3-64所示，是衬底电流随栅电压V g变化的曲线。衬底电流是栅电压的函数，呈现独特的抛物线形状，它随着V g的逐渐增加而增大，达到最大值后减小。最大值通常出
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现在V g≈V d/2附近。
化，影响器件的可靠性，造成器件失效。由于流向衬底的热空穴电流与流向栅的热载流子电流是成正比的，而且流向衬底的热空穴电流比流向栅的热电子电流大几个数量级，所以衬底的热空穴电流更容易测量，FAB通常会把衬底电流作为热载流子注入的指标。
漏极感应势垒降低(DIBL)效应是由于热空穴流向衬底导致衬底的电压升高引起的。如图3-63所示，因为热空穴流向衬底会形成衬底电流，衬底电流过衬底等效电阻R sub 会形成电势差V b=I sub*R sub，同时造成衬底的电压升高了V b，使得源端与衬底之间的自建势垒高度降低了q*V b，源端与衬底之间的自建势垒高度降低导致漏端的电子更容易越
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