场效电晶体闸极下方植入非对称氧化层之模拟分析 - 2012 彰云嘉大学 .PDFVIP

2012 彰雲嘉大學校院聯盟學術研討會 101.12.07 場效電晶體閘極下方植入非對稱氧化層之模擬分析 1* 1 1 1 陳力源 張文俊楊明儒蘇聖謙 1南台科技大學71005 台南市永康區南台街一號 * ma030217@ stust.edu.tw 摘要 本文使用 Silvaco TCAD 模擬，所採用的基底結構為砷化鎵(GaAs) ，經過固定的離子佈植之平面閘 極場效電晶體，藉由閘極下植入非對稱絕緣氧化層與一般平面閘極結構比較，驗證植入閘極下氧化層的 新改良法可行性 。基於不更動製程物理極限寬度下，完成小於製程極限的可行方法，此方法可以減少開 發新製程的費用 ，並提升閘極截止電壓與最大汲極電流 。 關鍵字 ：場效電晶體、截止電壓 、砷化鎵 。 1. 簡介 本論文以平面閘極場效電晶體為改良對象 ，平面閘極結構場效電晶體以砷化鎵為基底 ，必須先考慮 閘極的蕭特基接觸與源汲極的歐姆接觸，在閘極需形成蕭特基接觸 ，以較低摻雜濃度使N 型通道形成高 接面位障 ，使閘極具備整流特性之蕭特基接觸。源汲極則必須使用較高的N 型摻雜濃度形成較低接面位 障之歐姆接觸。 砷化鎵場效電晶體在離子佈植做調整來達到元件特性，在傳統製程上是將矽離子佈植到半絕緣的砷 化鎵基板中，而形成N 型通道層。但以砷化鎵為基板的場效電晶體因基板漏電流而產生的短通道效應， 此現象會造成元件特性較差。可利用共同佈植 P 型埋層來改善，改良後可抑制其漏電流、降低起始電壓 和提高互導值。一般砷化鎵P 型摻雜上可以使用鈹離子或鎂離子，在N 型摻雜上可以使用矽離子來完成， 所以我們就利用共同佈植的過程將矽離子及鈹離子植入至半絕緣的砷化鎵基板中，再以快速高溫熱退火 活化處理，來修復離子佈植中被破壞的晶格及活化植入的載子。在TCAD 中可以利用載子濃度的分佈為 了瞭解N 通道與PN 接面之相對關係，藉以調整得到最佳的離子佈植條件。 2. 設計和技術程序 使用Silvaco Athena建立電晶體結構，先規畫網格與節點，放置植入濃度為 1013雜質鈹的GaAs基 材，使用模擬離子佈植製程方式以能量 100KeV植入濃度為2X1011 cm-2鈹離子與能量 100KeV植入濃 度為 1X1012 cm-2矽離子，Athena以高斯分布的方式模擬植入，如圖 1(a) 、(b)為離子佈植後再以850℃ 熱退火活化後之PN 型濃度分佈情形，N型通道與P型深埋在此步驟完成。 2012 彰雲嘉大學校院聯盟學術研討會 101.12.07 圖1(a)鈹離子與矽離子之離子佈植結果 圖 1(b) 濃度分佈結果Concentration(cm3) ，Depth(um) 在歐姆接觸的製程上需再源汲極植入高濃度N型摻雜，在模擬上先以氧化層做為離子佈植之隔離 層，以能量 50KeV植入濃度為 1X1013 cm-2矽離子植入，再以 850℃熱退火活化後形成歐姆接觸，如圖 2(a) 、(b)所示。 2012 彰雲嘉大學校院聯盟學術研討會 101.12.07 圖2(a)濃度為 1X1013 cm-2矽離子以能量50KeV植入，形成歐姆接觸 圖2(b)濃度分布情況 為了做可用性的比較在通道上使用離子佈植完成歐姆接觸與蕭特基接觸特性這些步驟都與平面 閘極砷化鎵場效電晶體的製程一樣。在設計上為了節省光罩次數必須先製程的順序最佳化。如圖3(a) 在結構改良後實際各層光罩示意圖。