DMOS阈值电压二维模型.pdf

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1、第25卷第6期半导体学报VO1.25,NO.62004年6月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSJune,2004=================================================================DMOS阈值电压二维模型李泽宏张波李肇基方健杨舰<电子科技大学微电子研究所,成都610054)摘要:提出了DMOS器件的二维阈值电压模型,分析了耗尽层宽度的变化,并得到了模型的数学表达式.模型的解析解与实验结果和二维仿真器MEDICI的数

2、值解相吻合.给出了沟道表面扩散浓度在2.0>101616-3~10.0>10cm范围内DMOS器件的阈值电压简明计算式.该模型的提出解决了以往所用的DMOS阈值电压模型计算很不准确的问题.关键词:dOub1e-diffuSiOnMOSFET;阈值电压;二维阈值电压模型PACC:7340G中图分类号:TN386.1文献标识码:A文章编号:0253-4177<2004)06-0715-05本文首先给出DMOS二维阈值电压模型,然后1引言推导DMOS器件沟道下耗尽层宽度沿I方向的变化,沟道两端源结和准漏结D

3、/<漂移区和沟道区形迄今,阈值电压的研究集中在普通和小尺寸成的结)的冶金结位置以及源结和准漏结耗尽层宽MOS器件上.学者们提出了沟道杂质分布不均匀离度的大小,得到阈值电压二维模型的数学表达式.分子注入型阈值电压模型[1~5]析表明,<1)式和离子注入型MOS阈值电压模~考虑短沟效应的3D模型[6]和电荷共享模型[7,8]等.DMOS器件是功率型[1~5]解析值与实验数据和数值解差别较大,达到MOS器件的重要组成部分.DMOS器件基本都为120%左右,完全不能用于DMOS器件阈值电压的非均匀掺杂沟道[9

4、,10],其阈值电压计算是一个复杂计算,本文提出的阈值电压模型与实验数据和数值的二维问题.通过假设:<1)n-源区与沟道短接;<2)解吻合.最后给出了在一定掺杂浓度范围内DMOS不考虑沟道杂质横向和纵向的变化,计算简化为一器件阈值电压的简明计算式.本文提出的模型解决维问题,得到其阈值电压为[11~13]:了以往DMOS阈值电压计算不准确的问题,且克服1了求解泊松方程数值计算需迭代的缺点.

5、2模型面积氧化层电容;V为平带电压.迄今,此类器件阈FB值电压估算都借助公式<1).由于DMOS器件沟道DMOS器件沟道区杂质分布由沟道和源区形下最大杂质浓度点不在Si/SiO界面,且杂质在沟成时杂质横向扩散的高斯分布和余误差分布的补偿2道中二维分布不均匀所引起的场分布不均匀对阈值来决定:Na

6、斯分布,横向为余国家自然科学基金资助项目<批准号:60076030,60276040)李泽宏博士研究生,研究方向为半导体器件的机理~辐照机理及抗辐照技术.2003-05-12收到,2003-07-02定稿Oc2004中国电子学会716半导体学报25卷A误差分布,NNg,Sexp(-(y)2)2@=g(p-n+aI),式中pn,a为杂质浓度梯g,S(I,y)=2g,SSiI-Xg,S度,是I和y的函数.计算得到耗尽层宽度W(I,y)erfc(),式中Ng,S为沟道~源区表面扩散浓7g,S1度;为沟道~源

7、区沿y方向的扩散特征长度;712SiVbi3g,Sg,SE[],其中Vbi为内建势,对Si器件而言,ga(I,y)为沟道~源区沿I方向的扩散特征长度;X为Ng,Sg,S一般约为0.7V.如图1所示掺杂的DMOS器件在在I方向的最大点.若沟道区表面的扩散浓度Ng=不同的纵向位置整体(包括源区~沟道和漂移区)的16-32.0>10cm,结深为5.50pm,源区表面的扩散浓杂质浓度分布如图2所示,采用缓变沟道近似计算度N20-3S=1.0>10cm,结深为1.50pm,计算获得源结耗尽区宽度如图3所示.在N

8、16g=2.0>10沟道下杂质Na(I,y)的二维分布如图1所示,其中cm-3源结处的耗尽层宽度从沟道表面的0.32pm到y=0表示Si/SiO2界面.沟道中最大杂质浓度点的0.51pm变化.从图2可知源结冶金结两边,I在JS(y)-0.3pm~JS(y)+0.3pm范围内,杂质浓度变化可认为是线性的.因此,源结耗尽层宽度计算采用缓变沟道近似是可行的.同理可分析准漏结的耗尽层宽度的大小.图1DMOS器件结构及沟道杂质的二维分布Fig.1Structure