Hot-Carrier 현상을 줄인 새로운 구조의 자기-정렬된 ESD MOSFET의 분석

Analysis of a Novel Self-Aligned ESD MOSFET having Reduced Hot-Carrier Effects

Deep Submicron 영역에서 요구되는 고성능 소자로서 자기-정렬된 ESD(Elevated Source/Drain)구조의 MOSFET을 제안하였다. 제안된 ESD 구조는 일반적인 LDD(Lightly-Doped Drain)구조와는 달리 한번의 소오스/드레인 이온주입 과정이 필요하며, 건식 식각 방법을 적용하여 채널의 함몰 깊이를 조정할 수 있는 구조를 갖는다. 또한 제거가 가능한 질화막 측벽을 최종 질화막 측벽의 형성 이전에 선택적인 채널 이온주입을 위한 마스크로 활용하여 hot-carrier 현상을 감소시켰으며, 반전된 질화막 측벽을 사용하여 기존이 ESD 구조에서 문제시될 수 있는 자기-정렬의 문제를 해결하였다. 시뮬레이션 결과, 채널의 함몰 깊이 및 측벽의 넓이를 조정함으로써 충격이온화율(ⅠSUB/ID) 및 DIBL(Drain Induced Barrier Lowering) 현상을 효과적으로 감소시킬 수 있고, 유효채널 길이에 따라 차이가 있으나 두 번의 질화막 측벽을 사용함으로써 hot-carrier 현상이 개선될 수 있음을 확인하였다.

A new method of making high speed self-aligned ESD (Elevated Source/Drain) MOSFET is proposed. Different from the conventional LDD (Lightly-Doped Drain) structure, the proposed ESD structure needs only one ion implantation step for the source/drain junctions, and makes it possible to modify the depth of the recessed channel by use of dry etching process. This structure alleviates hot-carrier stress by use of removable nitride sidewall spacers. Furthermore, the inverted sidewall spacers are used as a self-aligning mask to solve the self-align problem. Simulation results show that the impact ionization rate ($I_{SUB}/I_{D}$) is reduced and DIBL (Drain Induced Barrier Lowering) characteristics are improved by proper design of the structure parameters such as channel depth and sidewall spacer width. In addition, the use of removable nitride sidewall spacers also enhances hot-carrier characteristics by reducing the peak lateral electric field in the channel.