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1、MOSFETBasicCharacterization(MOS晶体管基本特性表征)WenyuGao2008/04/18MOSFET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)。DBSGN+polyPWeeehhh-N+polyPWeeee+hN-N+polyPWeee+hhhNMOSFETNMOSCapacitorN
2、+polyPWGBBGCpolyCoxCsiN+polySDEorLDDSpacerPWN+N+S/DN-N-gateoxideC-V特性曲线-cont1Poly等效厚度与其掺杂浓度有关，一般<10A；反型层等效厚度~8A；BGCpolyCoxCsiTeq=Tox+Tpoly+TinvC-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；Polydepletion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。5VNMOSFETTCADdataI-V特性曲线MOSFET最主要的特性曲线为I
3、d-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)IonIdlin0.15umLV,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70~90mV/dec;体因子γ一般越小越好;亚阈区：亚阈摆幅(Sub-thresholdSwing)：Vt1@1E-7*W/LIoffVt30.15umLV,W/L=10/10短沟MOSFET—电流方程影响短沟管Idsat的因素有：Leff，Vth，
4、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=
5、Vt1–Vt2
6、/
7、Vdd-0.1
8、DIBL(draininducedbarrierlow)：Vt2@1E-7*W/L0.15umLV,W/L=10/0.15Ioff-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
9、改善此特性.IEDM2000,NEC,ShinyaIto,etal.10100100010000400450500550600650Ion(uA/um)Ioff(pA/um)工艺改进0.15umLVBVoff,Bvon,Ibmax,IgmaxIbmax是同NMOSHCI寿命密切相关，τ∝1/(Ibmax)3~5;Igmax则同PMOSHCI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.5VNMOSFET5VPMOSFETHVNMOSTCADdataMOSFET的特性曲线与特征参数短沟效应(SCE&RSCE)窄沟效应(NWE&R
10、NWE)与STI寄生晶体管短沟效应(SCE&RSCE)RSCE(reverseshortchanneleffects)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SDEpn结自建电场引起的耗尽层；SDE越深，SCE越严重；一般要求Vth(Lrule-1)/Vth(Lrule)>90%。Vth(L=10um)-VthmaxVth(rule-1)Vth(rule)0.18umtech.CDctrl与短沟效应SCE越小、CDctrl越好，Lg(nom)就
11、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，CDctrl一定，产品有何优点？蓝线工艺和红线工艺比较，CDctrl一定，产品有何优点？Ioff限定时:Lg(nom)=Lg(min)+CDctrlMOSFET的特性曲线与特征参数短沟效应(SCE&RSCE)窄沟效应(NWE&RNWE)NWE&RNWENWE主要是针对LOCOS隔离器件而言，原因是Birdbeak下面栅氧较厚，掺杂较重。RNWE是对STI隔离器件(特别是NMOS)而
