课件：MOS晶体管基本特性表征.ppt

上海宏力半导体制造有限公司 Grace Semiconductor Manufacturing Corporation * Confidential 上海宏力半导体制造有限公司 Grace Semiconductor Manufacturing Corporation * Confidential 可编辑 上海宏力半导体制造有限公司 Grace Semiconductor Manufacturing Corporation * Confidential 可编辑 MOSFET Basic Characterization(MOS晶体管基本特性表征) Wenyu Gao 2008/04/18 MOSFET的特性曲线与特征参数 短沟效应(SCE RSCE) 窄沟效应(NWE RNWE)与STI寄生晶体管 C-V 特性曲线 N-type, P-type; majority-carrier(多子), minority-carrier(少子). Accumulation(积累), depletion(耗尽), inversion(反型)。 D B S G N+ poly PW e e e h h h - N+ poly PW e e e e + h N- N+ poly PW e e e + h h h NMOSFET NMOS Capacitor N+ poly PW G B B G Cpoly Cox Csi N+ poly SDE or LDD Spacer PW N+ N+ S/D N- N- gate oxide C-V 特性曲线-cont1 Poly 等效厚度与其掺杂浓度有关，一般10A； 反型层等效厚度~8A； B G Cpoly Cox Csi Teq = Tox + Tpoly + Tinv C-V 特性曲线-cont2 栅介质厚度对积累区和反型区电容都有影响； 氧化物电荷Qf会造成CV平移； Poly depletion仅对反型区电容有影响; Vg=+/- Vdd常作为WAT的监控点，测量等效电学厚度Teq 和 Tox。 5V NMOSFET TCAD data I-V 特性曲线 MOSFET最主要的特性曲线为Id-Vg, Id-Vd曲线. 特别是Id-Vg; 线性区(萨氏方程)： 饱和区： Ron = Rch (Vgs=Vdd) 截距=Vt0+0.5Vds 饱和区 线性区 Ion = Idsat (Vgs=Vdd) Ion Idlin 0.15um LV, W/L=10/10 亚阈特性曲线 亚阈摆幅S和Vt0(或Vt1)是影响MOS管漏电的二个重要参数, S越小越好, 室温下一般为70~90 mV/dec; 体因子γ一般越小越好; 亚阈区： 亚阈摆幅(Sub-threshold Swing)： Vt1@1E-7*W/L Ioff Vt3 0.15um LV, W/L=10/10 短沟MOSFET—电流方程 影响短沟管Idsat的因素有： Leff，Vth，μeff，νsat, Rs ，Cinv(Teq)。 饱和区： 考虑Rs/Rd效应时： 短沟MOSFET— I-V 特性曲线 沟道越短，DIBL越大； DIBL有时会表现为亚阈摆幅增大, 即增加Ioff; DIBL会降低输出电阻, 使器件用于模拟电路特性变差, 用于数字电路速度下降. σ = |Vt1 – Vt2| / |Vdd-0.1| DIBL (drain induced barrier low)： Vt2@1E-7*W/L 0.15um LV, W/L=10/0.15 Ioff-Ion 特性曲线 深亚微米技术改进的一个重要标志是Ioff-Ids曲线右下方向移动,即较大的Ion下Ioff较低. 亚阈摆幅降低, 迁移率提高, Teq降低等都会改善此特性. IEDM2000,NEC,Shinya Ito, et al. 10 100 1000 10000 400 450 500 550 600 650 Ion (uA/um) Ioff (pA/um) 工艺改进 0.15um LV THANK YOU SUCCESS * * 可编辑 BVoff, Bvon, Ibmax, Igmax Ibmax 是同NMOS HCI 寿命密切相关，τ ∝ 1/(Ibmax)3~5 ; Igmax 则同PMOS HCI 寿命密切相关. 器件优化阶段必须考虑, 至少不大于目标值. Bvon 和 Bvoff 也是器件基本电学参数. 5V NMOSFET 5V PMOSFET HV NMOS TCAD data MOSFET的特性曲线与特征参数 短沟效应(SCE RSCE) 窄沟效应(NWE RNWE)与STI寄生晶体管 短沟效应