关于不同工艺节点mos VTH的短沟道和反短沟道效应解释

fuyibin · 发表于 2012-12-7 10:44:42

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本帖最后由 fuyibin 于 2012-12-7 17:55 编辑

最近看到有帖子讨论mos VTH的问题，我记得好几年前就在坛子里回帖子解释过这种现象，不过回帖找不到了
可能是大家对工艺和器件不太熟悉，对于不同工艺节点，表现出来VTH vs Length的现象时不同的
大家正常思维都是短沟道效应，length越短，Vth越小，这只是DIBL效应，针对比较老的工艺和器件结构是适用
但是从180nm开始，器件结构改变，大家也许听说过halo结构吧。自从有了halo结构，大家经典的SCE 效应思维就不适用了
由于工艺越先进，length越小，源漏穿通punch through越容易发生，大家都知道PN结耗尽层宽度与掺杂浓度有关，由于S/D必然是重掺杂，沟道浓度较低，沟道耗尽层也较宽，当S/D两边耗尽层相连，也就开始发生punch through现象，出现mos管无法关断。
halo结构就开始被普遍采用，阻挡源漏PN结的扩展，克服短沟道器件的punch through现象。
halo结构就是在MOS沟道中靠近源漏S/D PN junction的地方做两个与沟道同型的重掺杂，可以有效阻止耗尽层向沟道中扩散，从而阻断punch through 的发生。
接下来我们分析为什么halo结构会产生RSCE也就是反短沟道效应，length越小 Vth越大
大家都知道半导体工艺的按比例缩小规则，其中有一条就是要提高沟道掺杂浓度，保持Vth不变，说明沟道浓度与Vth直接相关，当然Vth的公式也写得很明白，我就不用写出来了，我们是做电路的，对于器件和工艺只要定性的了解和知道原理和趋势即可。
由于halo结构是做与沟道同型的重掺杂，等效于提升沟道平均浓度，那么Vth自然会随之提升，当mosfet Length增加，沟道平均浓度下降，Vth也随之下降，这就是我们看到的现象。
当然这时候穿通的SCE、DIBL效应也是存在的，我们看到的是两者综合的效应，有时候会出现Vth随L先增大后减小
画了个示意图，不过画的有点难看，凑合看吧，还有以下这个65nm工艺1.0V device 和2.5V device的 Vth随Length的变化趋势。对于不同工艺，通常会有所差别。

lonerinuestc · 发表于 2012-12-7 12:24:30

很不错，应该多点这样的贴

kwankwaner · 发表于 2012-12-7 13:31:01

受益匪浅，能不能再深入讲一下pch25和其他管子不一样的原因？
另外请教，core器件halo是做在ldd下面，那么IO器件可能没有ldd，那么halo怎么做呢？

fuyibin · 发表于 2012-12-7 14:01:15

回复 3# kwankwaner

正常的case，2.5V device 是不做halo结构的

liiru · 发表于 2012-12-7 14:39:34

纯粹的科普贴，纯粹的贡献贴，非常感谢楼主。

evlvu · 发表于 2012-12-7 17:51:51

回复 1# fuyibin

Thanks very much~

semico_ljj · 发表于 2012-12-7 20:42:36

ygchen2 · 发表于 2012-12-14 00:09:58

好贴。

etiet · 发表于 2013-2-17 21:16:57

学习了，谢谢楼主

万水之源 · 发表于 2013-2-18 09:22:43

感谢楼主分享

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