利用 MOSFET 确定 n+p 硅传感器的 p-spray 分布

在由高阻 $p$ 型硅制成的分段硅传感器中,用于电学隔离 $n^+$ 注入区的标准技术是 $p^+$ 注入。尽管 $p^+$ 注入剂量和掺杂分布的知识对于理解和优化传感器高度相关,但这些信息通常无法从供应商处获得,因此获取该信息的方法极受欢迎。本文提出了从与传感器制造于同一晶圆上的测试结构——圆形 MOSFET 中获取该信息的方法。本研究使用了两个圆形 MOSFET,其中一个在栅极下方有 $p^+$ 注入,另一个则没有。它们生产于掺有约 $3.5 \times 10^{12}$ cm$^{-2}$ 硼且晶向为 $\langle 1 0 0 \, \rangle$ 的磁直拉硅上。在 50 mV 的漏源电压下,于线性 MOSFET 区测量了不同背压下漏源电流随栅压的变化,并利用标准 MOSFET 公式提取了阈值电压和迁移率的值。为从数据中确定体掺杂、注入剂量和分布,使用了两种方法,二者给出了相容的结果。对于带有 $p^+$ 注入的 MOSFET,其掺杂分布在 $3.5 \times 10^{12}$ cm$^{-3}$ 与 $2 \times 10^{15}$ cm$^{-3}$ 之间变化,该分布被确定至距 Si-SiO$_2$ 界面不到 $\mu$m 的距离处。利用两个 MOSFET 的 TCAD 仿真数据验证了提取掺杂分布的方法。文中讨论了该方法的细节及所遇到的问题。