MOSFET全温区参数特性研究

• 作 者: 齐领
• 机 构: 广东工业大学
• 出 处: 广东工业大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: MOSFET器件 全温区 特性参数变化 工艺可靠性 Hspice软件

文章选取了MOSFET的温度特性作为研究方向，通过实验和模拟得到全温区即范围在-55℃～125℃之间器件的特性参数的变化。对0．18um工艺线生产的MOSFET进行全温区实验，统计了多组结果对其进行评估。首先，介绍了MOSFET迁移率随温度变化的规律，计算出相关的变化量。对载流子迁移率的模型和变化机理做了详细的说明，进一步解释了迁移率随温度变化的原因，以及迁移率对器件性能的影响。对于超深亚微米器件，载流子迁移率受到界面和沟道垂直电场的作用表现出的随温度升高而减小的情况，是影响到MOSFET其它性能参数变化的主要因素。分别对NMOS和PMOS的参数变化进行了测试实验，主要包括阈值电压VT，跨导gm，漏电流ID，亚阈斜率S等。通过线性拟合的方法得到其在全温区内的分布规律，解释其变化机理和对可靠性的造成影响。
介绍了Hspice软件对MOSFET器件级模拟的特点，对于不同沟道宽长比，在全温区内的参数变化情况做了分析，得到在相同的特征尺寸下，沟道宽度对其的影响比例。MOSFET工艺偏差对器件全温区参数漂移存在着影响，通过Hspice模拟的出快态（Fast）和慢态（Slow）的分布差异。虽然偏差会对MOSFET的参数在全温区的取值有所影响，但并不会改变器件各个参数随温度变化的趋势。对于实际的器件，通过工艺的具体偏差分布，可以得到相应的改变量。运用相关的分布特性，得到了在全温区内预估参数变化的方法。最后介绍了VDMOS和普通器件的差异，其载流子有效迁移率要远低于普通NMOS，但随着温度的升高，VDMOS沟道区的电子迁移率也是逐步降低的，并对VDMOS参数变化情况做了描述。
文章通过实验和仿真，系统地研究了标准工艺线加工的MOSFET在全温区范围内迁移率及器件参数的变化，为工艺线加工集成电路的可靠性研究奠定了基础。