CMOS电路分析与设计-刘晓彦——第二章 CMOS IC工艺及其寄生效应.ppt

MOS 晶体管结构 (a) 原始的， （b) 现代的 N+（P+） N+（P+） P-（N-） Source Gate Drain N+ (P+) N+ (P+) P (N) Source Gate Drain N+(P+) a b MOSFET 的演变 MOSFET结构的演变 体硅 地平面结构 全对称双栅 SOI 垂直双栅 CMOS FET 技术演变 MOS FET，1960 Poly-Si Self-Aligned Gate,1966 Ion Implant application, 1969 Silicided Poly-Si Gate, 1978 Sidewall for S/D implant, 1980 Self-aligned LDD, 1981 Salicide, S/D extension , 1982 Oxy-Nitride for gate dielectric, 1983 CMP, 1989 Damascene interconnect, 1992 Copper interconnect, 1993 N+ N+ P N+ P+ P+ N P+ Substrate 100nm MOSFET 100nmCMOS结构 传统器件结构 关键减小短沟效应、减少寄生效应，提高器件性能 浅槽 隔离 STI Shallow trench isolation 替代 局部场氧化 LOCOS Localized oxidation isolation 100nm CMOS器件的主要参数 栅结构 问题： 超薄栅介质的质量与可靠性 多晶硅栅电极的电阻率 双掺杂多晶硅栅中的硼扩散 多晶硅耗尽效应 采用氮化的SiO2 提高可靠性 抑制硼扩散 采用多晶硅/硅化物复合结构 降低多晶硅栅电极的电阻率 沟道掺杂 作用：减少短沟效应 提高寄生效应，降低寄生参数 沟道杂质分布 Retrograde型沟道掺杂：产生杂质的纵向非均匀分布，减弱栅控耗尽层厚度对阈值电压的影响。 Halo掺杂：使杂质沿沟道的横向非均匀分布，进一步短沟效应。 源漏结构 作用： 降低短沟效应，希望浅结 降低寄生电阻，要求好的欧姆接触 困难：传统工艺难以同时满足上述要求 方法： 硅化物－－降低接触电阻 超浅结－－抑制短沟效应 扩展结构－同时满足要求 Halo结构－抑制短沟效应 源漏结构 1. pn junction reverse bias current 2. Weak inversion 3. Drain-induced barrier lowering (DIBL) 4. Gate-induced drain leakage (GIDL) 5. Punchthrough 6. Narrow width effect 7. Gate oxide tunneling 8. Hot carrier injection Leakage 纳米MOSFET 2007 版 ITRS Intel2007已经报道了45nm大生产技术 32nm大生产技术尚没有掌握 Technology node 2005 Definition of Pitches 2007 Definition of Pitches 第二节CMOS IC中的寄生效应 场区寄生MOS晶体管 体硅CMOS中的寄生双极晶体管 MOSFET中的寄生效应 寄生电阻 寄生电容 互联引线中的寄生效应 场区寄生MOS晶体管 体硅CMOS中的寄生双极晶体管 体硅CMOS中的闩锁效应 Latch up 用保护环抑制闩锁效应 接触电阻Rc－MS接触 薄层电阻Rsd－S/D区半导体的电阻 （Rext） 积累层电阻Racc－栅和S/D交叠的表面 与偏置Vg、掺杂剖面有关。 扩展电阻Rsp－从表面扩展至整个S/D区 与偏置Vg、掺杂剖面有关。 寄生电阻 Rs、Rd、Rg 多晶硅耗尽效应 MOSFET中的寄生效应－寄生电阻 源漏寄生电阻对I－V特性的影响 Rs、Rd产生压降，使真正加在MOSFET上的电压（有效电压）变为Vgs’和Vds’。 设Rch为沟道电阻 Rch小时寄生电阻影响大 Rs、Rd的作用 线性区、饱和区哪个更易受影响？ 多晶硅耗尽效应 寄生电容 寄生电容 结电容 Cjb、Cjsw、Cjext 交叠电容 overlap 栅源、栅漏、栅体、栅场区 边缘电容 高K栅介质时需要考虑 MOS晶体管的寄生电容 栅-衬底覆盖电容 xd Source n+ Drain n