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1、MOSFET Basic Characterization(MOS晶体管基本特性表征),Wenyu Gao2008/04/18,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)。,N+poly,PW,e,e,e,+,h,h,h,NMOSFET,NMOS Capacitor,C-V 特性曲线-cont1,Poly 等效厚度
2、与其掺杂浓度有关，一般10A；反型层等效厚度8A；,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),Ion=Idsat(Vgs=Vdd),Ion,Idlin,0.15um LV,
3、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7090 mV/dec;体因子一般越小越好;,亚阈区：,亚阈摆幅(Sub-threshold Swing)：,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，eff，sat,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
4、度下降.,=|Vt1 Vt2|/|Vdd-0.1|,DIBL(drain induced barrier low)：,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.,0.15um LV,BVoff,Bvon,Ibmax,Igmax,Ibmax 是同NMOS HCI 寿命密切相关，1/(Ibmax)35;Igmax 则同PMOS HCI 寿命密切相关.器件优化阶
5、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 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(SCE&RSCE),RSCE(reverse short channel effects)Vth随沟道缩短而增加;Vth(L=10um)-Vtmax 越小越好，使所有Lmin器件便于电路设计；机理是Pocket注入和B横向扩散。SCEVth随沟道缩短而变小；机理是SDE pn结自建电场引起的耗尽层；SDE 越深，SCE越严重；一般要求Vth(
6、Lrule-1)/Vth(Lrule)90%。,CD ctrl 与短沟效应,SCE越小、CD ctrl越好，Lg(nom)就可以越小，Idsat就可以更大。练习：一个产品的电路设计时器件尺寸选在Lg(nom)(绿园圈所示),红线工艺和黑线工艺比较，CD ctrl一定，产品有何优点？蓝线工艺和红线工艺比较，CD ctrl一定，产品有何优点？,Ioff限定时:Lg(nom)=Lg(min)+CD ctrl,MOSFET的特性曲线与特征参数短沟效应(SCE&RSCE)窄沟效应(NWE&RNWE),NWE&RNWE,NWE 主要是针对LOCOS隔离器件而言，原因是Bird beak 下面栅氧较厚，掺杂较重。RNWE是对STI隔离器件(特别是NMOS)而言，主要原因是STI corner电场增强。Vth(Wmin)/Vth(W=10)?,STI Parasitic Transistor,除了RNWE,STI 寄生管还会引起“double hump”效应，继而引起Ioff增加;Double hump在衬底加压和高温下更加明显。,谢谢各位！请批评指正,
