深亚微米全耗尽soi+cmos高温应用分析

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1、摘要论文题目：深亚微米全耗尽SOICMOS高温应用分析学科专业：微电子学与固体电子学研究生：巩鹏亮指导教师：高勇杨媛教授副教授摘要签名：碰丝签名：垒复签名：衄SOI器件由于具有寄生电容小、易形成浅结、可以避免闩锁效应、良好的电学特性等优点，成为深亚微米工艺中极具潜力的一种技术。但是传统SOI器件的埋氧层热导率很低，所以S01电路工作时器件沟道区产生的热量难以耗散出去，造成热量在沟道区积聚，引起饱和电流减小、阈值电压漂移等问题。因此深入分析SOl器件内部热效应的产生机理和积聚位置，并提出解决自加热效应的有效方法，成为目前SOl技术在高温领域应用的

2、研究热点。本文针对深亚微米SOICMOS器件在高温环境的应用，在模型建立，自热效应分析与解决自热效应的器件结构比较等几个方面进行深入研究。‘基于lOOnmFD(FullyDepleted)SOICMOS工艺，使用器件模拟软件ISETCAD，建立符合深亚微米要求的S01CMOS反相器的单管器件结构模型，并针对深亚微米器件的各种二级效应选取相应物理模型，同时对ISETCAD软件中默认的氮化铝(AIN)材料参数进行修正，使其与实际应用的材料特性相符。使用上述模型对SOICMOS反相器的温度特性和电特性进行模拟，分析结果表明传统SOI器件在工作时会产生

3、严重的自加热效应，管子输出特性随温度的升高严重退化，并且泄漏电流随温度升高剧增；热量的产生和聚集均位于漏沟PN结处，并且N管比P管遭受更严重的自加热效应。为解决传统SOI器件的自加热效应，分别建立SOAN(SiliconOnAluminumNitride)结构和AINDSOI(AINDrianandSourceOnInsulator)结构，对上述三种结构的驱动电流和阈值电压稳定性进行比较。分析结果表明SOAN器件能够完全消除自加热效应，并且其更能提高器件的驱动能力。对SOAN结构器件针对高温应用环境进行结构和工艺参数优化，并根据优化后参数仿真S

4、OANCMOS反相器的瞬态特性。模拟结果显示在环境温度为300K和500K时，SOANCMOS门级延迟分别为19ps、25．5ps；而SOICMOS的门级延迟在相同的温度下分别为28．5ps、35．5ps。最后提出了一种新型SOl结构器件——Air—AIN—S01器件，并与SOAN器件和传统SOI器件针对电特性和热特性进行比较，并给出了实现工艺。模拟结果表明改进后的Air-A1N—SOI器件除能提高电路散热性能消除自加热效应外，还能够消除引入高热导材料后由于DIBL(DrainInducedBarrierLower)和DIVSB(DrainIn

5、ducedVirtualSubstrateBiasing)西安理工大学硕士学位论文效应使器件关态漏电流变大的问题，十分适合高温领域应用。关键词：全耗尽；深亚微米；SOI：自加热效应；A1N本研究得到西安应用材料创新基金(编号：XA．AM．200514)的资助IIAbStractTitle：THEHIGHTEMPERATUREAPPLICATIONRESEARCH0FDEEPSUBMICRONSOICMOSCIRCUITSMajor：MicroelectronicandSolidElectName：PengliangGongSupervisor：

6、Prof．YongGAOAssociateprof．YuanYangAbstractTheSOItechnologyexhibitsmanyadvantagesoVerbulksilicontechnology，suchasthereductionofparasiticcapacitances，easytoformshallowjunction，eliminationoflatch—up，muchbetterelectricalcharacteretal，SOthatitisapotentialtechnologyintherealmofdee

7、psub-micronprocess．However,theburiedlayerthermalconductivityofconventionalSOIdeviceisverylow,thereforethejouleheatgeneratedinthechannelareaofthedeviceCannotbeeasilydissipated，whichresultsintheheataccumulationinthechannelregion，thisselfheatingeffectwouldarisessomeproblems，suc

8、hassaturationcurrentofthedevicelowering，thresholdvoltageVtshiftingetc．There