Abbildung: Variation der LDD-Dosis zur Substratstromminimierung:
Substratstrom-Kennlinie 
bei 
über der LDD-Implantationsdosis
(LDD-Implantationsenergie 
, 
,
, 
).
Abbildung: Variation der LDD-Implantationsdosis:
Substratstrom 
bei 
und 
über der
LDD-Implantationsdosis.
Abbildung: Variation der LDD-Implantationsdosis: Maximaler
Drainstrom 
bei 
über der
LDD-Implantationsdosis.
In Abb. 6.6 ist die Substratstromkennlinie
bei bei Variation der LDD-Implantationsdosis zwischen
und 
quasi-dreidimensional dargestellt. Der generelle Trend ergibt bei mittleren
Gate-Source-Spannungen niedrigeren Substratstrom für
niedrigere LDD-Implantationsdosis. Interessanterweise biegt
sich die Substratstromkennlinie bei den
niederen LDD-Dosen zu einer innerhalb der
Versorgungsspannungsgrenze streng monoton steigenden
Funktion der Gate-Source-Spannung auf.
Die aus der Variation der Spacer-Länge und der LDD-Implantationsenergie
bekannte Darstellung des Substratstroms für einen erweiterten
Dosisbereich von 
bis 
in Abb. 6.7 erfolgt daher für die Gate-Source-Spannung
(Maximum des Substratstroms bei der einfacher Höckerform der
Substratstromkennlinie)
und 
(maximaler Substratstrom bei ,,aufgebogener``
Substratstromkennlinie). Die beiden Kennlinien in Abb. 6.7
schneiden einander bei einer Dosis von ca. 
. Dies
stellt laut Simulation das Optimum bezüglich Substratstromminimierung
dar. Der maximale Drainstrom in Abb. 6.8 nimmt allerdings mit
steigender LDD-Implantationsdosis monoton zu. Die Berücksichtigung der
Stromtreiberfähigkeit bestimmt die Wahl der LDD-Implantationsdosis
zu 
.
Das von einer einfachen Höckerform abweichende Substratstromverhalten
wurde schon in [Mat83] und [Hui85] berichtet. Um eine
detailierte Diskussion des Drain-seitigen Feld- und Stromverlaufs
wie etwa in [Orl89a] anstellen zu können, seien vier Punkte aus
Abb. 6.6 herausgegriffen: Jene mit einer
LDD-Dosis von und
sowie einer Gate-Source-Spannung von 
und .
Für diese vier Punkte sind in den Abbildungen 6.9 bis
6.12 jeweils die laterale elektrische Feldstärke, die
Elektronenstromdichte und die Lawinengenerationsrate
in der Drain-Seite als Konturlinienzeichnungen dargestellt.
Abbildung: LDD-Dosis , , :
Isolinien für
die laterale elektrische Feldstärke [
],
die Elektronenstromdichte [
] und
Lawinengenerationsrate [
].
Abbildung: LDD-Dosis , , :
Isolinien für
die laterale elektrische Feldstärke [],
die Elektronenstromdichte [] und
die Lawinengenerationsrate [].
Abbildung: LDD-Dosis , , :
Isolinien für
die laterale elektrische Feldstärke [],
die Elektronenstromdichte [] und
die Lawinengenerationsrate [
].
Abbildung: LDD-Dosis , , :
Isolinien für
die laterale elektrische Feldstärke [],
die Elektronenstromdichte [] und
die Lawinengenerationsrate [
].
In [Ko86] und ausführlicher in [Orl89b] wird als Erklärung für die von der konventionellen Form abweichende Substratstromkennlinie eine Feldstärkenspitze an der Source-Seite des Kanals angeführt. In der vorliegenden Arbeit konnte innerhalb des untersuchten Bereichs von LDD-Implantationsdosis und Kontaktspannungen allerdings keinerlei Hinweis auf eine Source-seitige Feldstärkenspitze gefunden werden.
Der Vergleich der beiden Dosiswerte bei
zeigt für die höhere Dosis (Abb. 6.9) einen sanften
Feldverlauf mit einer Spitze um 
tief im
Silizium und gerade noch innerhalb der Gate-Kante bei 
.
Bei der niedrigeren LDD-Dosis von
(Abb. 6.10) bildet der Feldstärkeverlauf deutlich
erkennbar zwei Spitzen, die etwas höhere unerwünschterweise
direkt an der Grenzfläche und außerhalb der Gate-Kante. Auch wird
der Elektronenstrom beim Übergang vom Kanal in die Drain-Zone nicht so
tief in das Silizium gedrückt. Als Folge davon ist die
Lawinengenerationszone nahe der Grenzfläche bei
, also außerhalb der Gate-Überdeckung.
Der Vergleich der beiden Dosiswerte bei
zeigt für die höhere Dosis (Abb. 6.11) eine Spaltung
der lateralen Feldstärkenspitze. Da aber der Drainstrom dazwischen
hindurch fließt, ist die Generationsrate hinreichend klein und
resultiert im kleinsten Substratstrom der vier Vergleichspunkte.
Bei der niedrigeren LDD-Dosis steigt der Substratstrom mit der
Gate-Source-Spannung monoton an. Die Erklärung ist in
Abb. 6.12 ersichtlich: Das laterale elektrische Feld hat
sein Maximum an der Grenzfläche bei etwa , der Drainstrom
(Elektronenstrom) bleibt ebenso an der Grenzfläche, fließt also
durch das Gebiet mit der Feldstärkenspitze. Daraus resultierend
zeigt die Lawinengenerationsrate ihr Maximum (über )
an der Grenzfläche und außerhalb der Gate-Kante, eine für hohe
Degradation und kurze Lebensdauer des MOS-Transistors verantwortliche
Kombination.