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MOSFET的擊穿有哪幾種? Source、Drain、Gate 場(chǎng)效應管的三極:源級S 漏級D 柵級G (這里不講柵極GOX擊穿了啊，只針對漏極電壓擊穿) 先講測試條件，都是源柵襯底都是接地，然后掃描漏極電壓，直至Drain端電流達到1uA。所以從器件結構上看，它的漏電通道有三條：Drain到source、Drain到Bulk、Drain到Gate。 1) Drain->Source穿通擊穿: 這個(gè)主要是Drain加反偏電壓后，使得Drain/Bulk的PN結耗盡區延展，當耗盡區碰到Source的時(shí)候，那源漏之間就不需要開(kāi)啟就形成了通路，所以叫做穿通(punch through)。那如何防止穿通呢?這就要回到二極管反偏特性了，耗盡區寬度除了與電壓有關(guān)，還與兩邊的摻雜濃度有關(guān)，濃度越高可以抑制耗盡區寬度延展，所以flow里面有個(gè)防穿通注入(APT: Anti Punch Through)，記住它要打和well同type的specis。當然實(shí)際遇到WAT的BV跑了而且確定是從Source端走了，可能還要看是否PolyCD或者Spacer寬度，或者LDD_IMP問(wèn)題了，那如何排除呢?這就要看你是否NMOS和PMOS都跑了?POLY CD可以通過(guò)Poly相關(guān)的WAT來(lái)驗證。對吧? 對于穿通擊穿，有以下一些特征： (1)穿通擊穿的擊穿點(diǎn)軟，擊穿過(guò)程中，電流有逐步增大的特征，這是因為耗盡層擴展較寬，產(chǎn)生電流較大。另一方面，耗盡層展寬大容易發(fā)生DIBL效應，使源襯底結正偏出現電流逐步增大的特征。 (2)穿通擊穿的軟擊穿點(diǎn)發(fā)生在源漏的耗盡層相接時(shí)，此時(shí)源端的載流子注入到耗盡層中， 被耗盡層中的電場(chǎng)加速達到漏端，因此，穿通擊穿的電流也有急劇增大點(diǎn)，這個(gè)電流的急劇增大和雪崩擊穿時(shí)電流急劇增大不同，這時(shí)的電流相當于源襯底PN結正向導通時(shí)的電流，而雪崩擊穿時(shí)的電流主要為PN結反向擊穿時(shí)的雪崩電流，如不作限流，雪崩擊穿的電流要大。 (3)穿通擊穿一般不會(huì )出現破壞性擊穿。因為穿通擊穿場(chǎng)強沒(méi)有達到雪崩擊穿的場(chǎng)強，不會(huì )產(chǎn)生大量電子空穴對。 (4)穿通擊穿一般發(fā)生在溝道體內，溝道表面不容易發(fā)生穿通，這主要是由于溝道注入使表面濃度比濃度大造成，所以，對NMOS管一般都有防穿通注入。 (5)一般的，鳥(niǎo)嘴邊緣的濃度比溝道中間濃度大，所以穿通擊穿一般發(fā)生在溝道中間。 (6)多晶柵長(cháng)度對穿通擊穿是有影響的，隨著(zhù)柵長(cháng)度增加，擊穿增大。而對雪崩擊穿，嚴格來(lái)說(shuō)也有影響，但是沒(méi)有那么顯著(zhù)。 2) Drain->Bulk雪崩擊穿: 這就單純是PN結雪崩擊穿了(Avalanche Breakdown)，主要是漏極反偏電壓下使得PN結耗盡區展寬，則反偏電場(chǎng)加在了PN結反偏上面，使得電子加速撞擊晶格產(chǎn)生新的電子空穴對(Electron-Hole pair)，然后電子繼續撞擊，如此雪崩倍增下去導致?lián)舸�，所以這種擊穿的電流幾乎快速增大，I-V curve幾乎垂直上去，很容燒毀的。(這點(diǎn)和源漏穿通擊穿不一樣) 那如何改善這個(gè)junction BV呢?所以主要還是從PN結本身特性講起，肯定要降低耗盡區電場(chǎng)，防止碰撞產(chǎn)生電子空穴對，降低電壓肯定不行，那就只能增加耗盡區寬度了，所以要改變doping profile了，這就是為什么突變結(Abrupt junction)的擊穿電壓比緩變結(Graded Junction)的低。這就是學(xué)以致用，別人云亦云啊。 當然除了doping profile，還有就是doping濃度，濃度越大，耗盡區寬度越窄，所以電場(chǎng)強度越強，那肯定就降低擊穿電壓了。而且還有個(gè)規律是擊穿電壓通常是由低濃度的那邊濃度影響更大，因為那邊的耗盡區寬度大。公式是BV=K*(1/Na+1/Nb)，從公式里也可以看出Na和Nb濃度如果差10倍，幾乎其中一個(gè)就可以忽略了。 那實(shí)際的process如果發(fā)現BV變小，并且確認是從junction走的，那好好查查你的Source/Drain implant了 3) Drain->Gate擊穿：這個(gè)主要是Drain和Gate之間的Overlap導致的柵極氧化層擊穿，這個(gè)有點(diǎn)類(lèi)似GOX擊穿了，當然它更像Poly finger的GOX擊穿了，所以他可能更c(diǎn)are poly profile以及sidewall damage了。當然這個(gè)Overlap還有個(gè)問(wèn)題就是GIDL，這個(gè)也會(huì )貢獻Leakage使得BV降低。 上面講的就是MOSFET的擊穿的三個(gè)通道，通常BV的case以前兩種居多。 上面講的都是Off-state下的擊穿，也就是Gate為0V的時(shí)候，但是有的時(shí)候Gate開(kāi)啟下Drain加電壓過(guò)高也會(huì )導致?lián)舸┑�，我們稱(chēng)之為On-state擊穿。這種情況尤其喜歡發(fā)生在Gate較低電壓時(shí)，或者管子剛剛開(kāi)啟時(shí)，而且幾乎都是NMOS。所以我們通常WAT也會(huì )測試BVON， 不要以為很奇怪，但是測試condition一定要注意，Gate不是隨便加電壓的哦，必須是Vt附近的電壓。(本文開(kāi)始我貼的那張圖，Vg越低時(shí)on-state擊穿越低) 有可能是Snap-back導致的，只是測試機臺limitation無(wú)法測試出標準的snap-back曲線(xiàn)。另外也有可能是開(kāi)啟瞬間電流密度太大，導致大量電子在PN結附近被耗盡區電場(chǎng)加速撞擊。 |
