Эффект истощения поликремния - Polysilicon depletion effect

Эффект истощения поликремния это явление, при котором нежелательное изменение пороговое напряжение из МОП-транзистор устройства, использующие поликремний поскольку наблюдается материал затвора, что приводит к непредсказуемому поведению Электронная схема.[1] Поликристаллический кремний, также называемый поликремнием, представляет собой материал, состоящий из мелких кристаллов кремния. Он отличается от монокристаллический кремний, используется для электроники и солнечные батареи, и из аморфного кремния, используемого для тонкопленочных устройств и солнечных элементов.

Выбор материала ворот

Контакт ворот может быть поликремний или металл, ранее поликремний был выбран вместо металла, потому что взаимодействие между поликремнием и оксид ворот (SiO2 ) был благоприятным. Но проводимость поликремниевого слоя очень низкая, и из-за этой низкой проводимости накопление заряда низкое, что приводит к задержке образования каналов и, следовательно, нежелательным задержкам в цепях. Поли слой легирован примесью N-типа или P-типа, чтобы он вел себя как идеальный проводник и уменьшал задержку.

Недостатки затвора из легированного поликремния

Рисунок 1 (а)

VGS = Напряжение затвора
'Vth = Пороговое напряжение
n + = высоколегированная N-область

В рисунок 1 (а) замечено, что бесплатные большинство перевозчиков разбросаны по конструкции из-за отсутствия внешнего электрическое поле. При приложении к затвору положительного поля рассеянные носители располагаются как рисунок 1 (б), электроны движутся ближе к выводу затвора, но из-за конфигурации разомкнутой цепи они не начинают течь. В результате разделения зарядов на границе поликремния и оксида образуется обедненная область, которая оказывает прямое влияние на формирование канала в МОП-транзисторы.[2]

Рисунок 1 (б)

В NMOS с затвором из n + поликремния эффект поликристаллического истощения способствует формированию канала за счет комбинированного эффекта (+) ве поле донорных ионов (ND) и внешне применяемые (+) ве поле на выходе из ворот. В основном накопление (+) ве заряженный донор ионы (ND) на поликремнии усиливает Формирование канала инверсии, а при VGS > Vth образуется инверсионный слой, который можно увидеть на рисунке 1 (б), где инверсионный канал образован акцепторными ионами (NА) (миноритарные перевозчики ).[3] Истощение поликремния может варьироваться в поперечном направлении транзистора в зависимости от процесса изготовления, что может привести к значительной вариабельности транзистора в определенных размерах транзистора.[4]

Вновь представлены металлические контакты затвора

По указанной выше причине по мере того, как устройства снижаются при масштабировании (Узлы 32-28 нм) поли ворота заменяются металлическими воротами. Следующая технология известна как интеграция с диэлектрическими металлическими затворами High-k (HKMG).[5] Недавно, Intel также выпустили пресс-кит, посвященный процедурам изготовления различных узлов, в котором продемонстрировано использование технологии металлических ворот.[6]

Ранее в качестве материала затвора в МОП-устройствах предпочитали использовать легированный поликремний. Полисиликоны использовались в качестве их рабочая функция согласована с подложкой Si (что приводит к низкому пороговое напряжение из МОП-транзистор ). Металлические ворота были повторно представлены в то время, когда SiO2 диэлектрики заменяются диэлектрики high-k подобно Оксид гафния как оксид затвора в основном потоке CMOS технологии.[7] Также на границе с диэлектриком затвора поликремний образует SiOИкс слой. Более того, остается высокая вероятность Пиннинг уровня Ферми происходить.[8] Таким образом, эффект от легированного поли - это нежелательное снижение порогового напряжения, которое не было учтено при моделировании схемы. Чтобы избежать такого рода вариаций в vth из МОП-транзистор, в настоящее время металлические ворота предпочтительнее Поликремний.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Rios, R .; Арора, Н.Д. (1994). «Аналитическая модель эффекта истощения поликремния для полевых МОП-транзисторов». Письма об электронных устройствах IEEE. 15 (4): 129–131. Дои:10.1109/55.285407.
  2. ^ Rios, R .; Арора, Н.Д. (1994). «Моделирование эффекта истощения поликремния и его влияния на характеристики субмикронной КМОП схемы». Транзакции IEEE на электронных устройствах. 42 (5): 935–943. Дои:10.1109/16.381991.
  3. ^ Schuegraf, K.F .; King, C.C .; Ху, К. (1993). «Влияние истощения поликремния на технологию тонких оксидных МОП» (PDF). Материалы Международного симпозиума: Технологические системы и приложения СБИС. С. 86–90.
  4. ^ Х. П. Туинхаут, А. Х. Монтри, Дж. Шмитц и П. А. Столк, Влияние истощения затвора и проникновения бора на согласование глубоких субмикронных КМОП-транзисторов, IEEE International Electron Device Meeting, Technical Digest pp. 631-634, 1997.
  5. ^ Глобальные литейные предприятия
  6. ^ «От песка к кремнию: изготовление чипа» (Пресс-релиз). Технология Intel. 11 ноя.2011. Получено 2013-06-08.
  7. ^ Чау, Роберт (6 ноября 2003 г.). "Диэлектрическое масштабирование затвора для CMOS: от SiO2/ PolySi в High-K / Metal-Gate " (Белая бумага) (Пресс-релиз). Технология Intel. Получено 2013-06-08.
  8. ^ Hobbs, C.C .; Fonseca, L.R.C .; Книжник, А. (2004). «Пиннинг уровня Ферми на границе раздела поликремний / оксид металла - Часть I». Транзакции IEEE на электронных устройствах. 51 (6): 971–977. Дои:10.1109 / TED.2004.829513.