Modellierung gekoppelter Effekte in Mikrosystemen auf ...

86 4 MODELLIERUNG AUF KONTINUIERLICHER FELDEBENE
Spannung an der n-Wanne immer weiter vorgespannt wird. Aufgrund der dadurch entstehenden
Bandverbiegung fließen Minoritätsladungsträger, d.h. Löcher aus dem n-dotierten
Bereich ab, so daß es hier nie zu Inversion, also auch nicht zu einem lateralen Kurzschluß
kommt.
Die wesentlichen Charakteristika der CV-Kennlinie der Referenzstruktur können also
durch die erste Simulation bereits wiedergegeben und erklärt werden, allerdings zeigen
sich noch deutliche Abweichungen von der gemessenen Kurve, insbesondere in den Steigungen
entlang der gesamten Kennlinie. Die Übergänge im Bereich der Schwellspannungen
sind zu scharf und teilweise auch verschoben verglichen mit den Messungen.
Für den Bereich positiver Spannungen liegt dies, wie in Abb. 4.37 zu sehen ist, daran, daß
die laterale Ausdiffusion der Dotiergebiete noch nicht berücksichtigt wurde. Da über die
Größe der lateralen Diffusion keine Meßwerte vorlagen, wurden Werte dafür durch Prozeßsimulation
ermittelt. Die mit dem modifizierten Modell erhaltene Kennlinie zeigt für
Spannungen oberhalb ¨ 15 V bereits eine sehr gute Übereinstimmung. Durch Einbeziehen
der lateralen Ausdiffusion wird ein Übergangsbereich zwischen p- und n-dotiertem
Gebiet erzeugt, in dem ein allmähliches Ausbilden des Elektronenkanals, bzw. für negative
Spannungen des Löcherkanals erfolgt, und die Kapazität dabei kontinuierlich steigt.
Der sprungartige Übergang bei � 10 V wird dadurch abgemildert, und die Steigung der
Kurve entspricht nun den Messungen. Die verbleibenden Diskrepanzen, v.a. im Bereich
von ¨ 20 V, werden auf noch nicht berücksichtigte Nichtidealitäten wie Grenzflächenund
Oxidladungen zurückgeführt, über deren Konzentration und Eigenschaften allerdings
keine Messungen vorlagen. Anzunehmen ist aber, daß aufgrund des Freiätzprozesses die
Konzentrationen Werte, die für CMOS-Prozesse typisch sind, auch deutlich überschreiten
können. Abb. 4.37 zeigt, daß exemplarisch eingeführte Grenzflächenladungen die
Schwellspannung zum einen verschieben, zum andern die Kennlinie abflachen, wodurch
sich die Simulation in diesem Bereich den Messungen weiter annähert. Leichte Defizi-
Abbildung 4.37: CV-
Charakteristik der Referenzstruktur:
Vergleich zwischen
Simulation und Messung. Die
Spannungsrampe liegt an der
Membran. Wenn laterale Ausdiffusion
und Grenzflächenladungen
berücksichtigt werden,
ergibt sich eine gute Übereinstimmung
mit der gemessenen
Charakteristik.
Kapazität [pF]
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
mit lat. Diff.&Grenzflächenlad.
mit lateraler Diffusion
Messung
−30 −20 −10 0 10 20 30
Spannung [V]