MOS晶体管击穿特性研究

1微电子器件课程设计MOS晶体管击穿特性研究班级：微电子0901学号：******姓名：***指导老师：****日期：2012.5.202一、目的研究MOSFET漏源极击穿特性，主要包括：1.验证掺杂浓度对MOSFET漏源极雪崩击穿的影响2.验证栅氧化层厚度对MOSFET漏源极雪崩击穿的影响3.介绍源漏穿通穿通二、工作原理当VDS增大到漏源击穿电压BVDS的值时，反向偏置的漏PN结会因雪崩倍增效应而发生击穿，或在漏区与源区之间发生穿通。这时ID将迅速上升，如图所示。通过改变衬底掺杂浓度和栅氧化层厚度，可改变穿电压BVDS的值得到不同的输出特性曲线三、仿真过程首先构建NMOS结构源代码如下：goathena#网格定义（创建非均匀网格）#Non-UniformGrid(0.6umx0.8um)linexloc=0.00spac=0.10linexloc=0.20spac=0.01linexloc=0.60spac=0.01#lineyloc=0.00spac=0.008lineyloc=0.2spac=0.01lineyloc=0.5spac=0.05lineyloc=0.8spac=0.15#初始衬底参数：浓度、晶向等（浓度1.0e14/cm2晶向100方向）#InitialSiliconStructurewith100Orientationinitsiliconc.boron=1.0e16orientation=100two.d#栅极氧化及优化（使氧化层厚度约为100A）#GateOxidationdiffustime=11temp=925.727dryo2press=0.982979hcl.pc=3#提取栅极厚度3#extractname=Gateoxidethicknessmaterial=SiO~2mat.occno=1x.val=0.3#阈值电压调整注入（注入9.5e11/cm2的）#ThresholdVoltageAdjustimplantimplantborondose=9.5e11energy=10crystal#多晶硅淀积#ConformalPolysiliconDepositiondepositpolysiliconthick=0.20divisions=10#多晶硅刻蚀#PolyDefinitionetchpolysiliconleftp1.x=0.35#多晶硅氧化#PolysiliconOxidationmethodfermicompressdiffustime=3temp=900weto2press=1.00#多晶硅参杂#PolysiliconDopingimplantphosphordose=3e13energy=20crystal#隔离氧化层淀积#SpacerOxidedepositiondepositoxidethick=0.12divisions=10#侧墙氧化隔离层的形成etchoxidedrythick=0.12#Source/DrainImplant#源漏注入implantarsenicdose=5e15energy=50crystal#源漏退火methodfermidiffustime=1temp=900nitropress=1.00#刻蚀通孔#OpenContactWindowetchoxideleftp1.x=0.2#铝淀积#AluminumDepositiondepositaluminumthick=0.03divisions=2#刻蚀铝电极#EtchAluminumetchaluminumrightp1.x=0.18#计算结深extractname=nxjxjmaterial=Siliconmat.occno=1x.val=0.2junc.occno=1#获得N++源漏极方块电阻extractname=n++sheetressheet.resmaterial=Siliconmat.occno=1\x.val=0.05region.occno=1#测量LDD方块电阻extractname=lddsheetressheet.resmaterial=Siliconmat.occno=1\x.val=0.3region.occno=14#测量长沟倒阈值电压extractname=1dvt1dvtntypeqss=1e10x.val=0.5#结构镜像structmirrorright#定义电极electrodename=sourcex=0.1#electrodename=drainx=1.1#electrodename=gatex=0.6#electrodename=backsidebackside#structoutfile=nmos1.str生成结构后，进行仿真源代码如下：goatlas##调用结构文件meshinfile=nmos.str##指定接触面特性contactname=gaten.polysiliconinterfqf=3E10#Setmodelsmodelsprintcvtconsrh#用于击穿分析的雪崩碰撞电离模型impactselbmethodnewtontrapclimit=1e-4#注①##openlogfilelogoutf=mos1.logsolvevdrain=0.025solvevdrain=0.05solvevdrain=0.1solvevdrain=0.5solvevstep=0.25vfinal=12name=draincompl=1e-7cname=drain#注②#saveoutf=mos1_1.str#extractname=NVbdx.valfromcurve(abs(v.drain),abs(i.drain))wherey.val=1e-95tonyplotmos1.log-setmos1_log.settonyplotmos1_1.str-setmos1_1.setquit四、结果与讨论首先，对衬底掺杂浓度对击穿电压的影响进行了研究，将initsiliconc.boron=1.0e16orientation=100two.d语句中的浓度参数进行了调整分别使c.boron=1.0e15和c.boron=1.0e17经过仿真可得到一组图像：c.boron=1.0e15c.boron=1.0e16c.boron=1.0e171e161e156而后研究了栅氧厚度对击穿电压的影响，栅氧厚度可通过Optimizer选项修改，通过优化过程，将扩散过程语句diffustime=11temp=925.727dryo2press=0.982979hcl.pc=3分别改为diffustime=11temp=985.969dryo2press=1.12818hcl.pc=3和diffustime=11temp=865.817dryo2press=0.944327hcl.pc=3得到了氧化层厚度200Å和50Å，并得到击穿特性如图：100Å200Å50Å1e1750Å7五、总结此次验证的是MOSFET漏源极击穿特性，当源极与衬底相连时，漏源电压VDS对漏PN结是反向电压。当VDS增加到一定程度时漏PN结就会发生雪崩击穿。雪崩击穿电压的大小由衬底掺杂浓度和结深决定。当衬底的电阻率大于1Ω·cm时，BVDS就不再与衬底材料的掺杂浓度有关，而主要右栅极电压的特性、大小和栅氧化层的厚度决定。源漏穿通如果MOSFET的沟道长度较短而衬底电阻率较高，则当VDS增加某一数值时，虽然漏区与衬底间尚未发生雪崩击穿，但漏PN结的耗尽区却已经扩展到与源区相连接了，这种现象称为漏源穿通。发生漏源穿通后，如果VDS继续增加，源PN结上会出现正偏，使电子从源区注入沟道。这些电子将被耗尽层区内的强电场扫入漏区，从而产生较大的漏极电流。使漏源两区发生穿通的漏源电压称为穿通电压，记为VpT。沟道长度越短，衬底电阻率越高，穿通电压就越低。源漏击穿电压是由漏PN结雪崩击穿电压和穿通电压两者中的较小者决定的。源漏穿通限制了MOSFET的沟道长度不能太短，否则会使BVDS降得太低。因此在设计MOSFET时必须对漏源穿通现象予以足够的重视。注①：由于预击穿漏电流非常低，有必要收紧对当前的收敛公差。参数设置方法climit=1E-4网格注②：设置漏一个遵守5.0e-7A/um限制（此处使用1e-7，有的使用了1e-10，根据需要设置）。一旦崩溃点到达，遵守限制击穿模拟停止模拟。这是一个计算时间的问题。通常是不值得的CPU花费时间。因为自己在仿真时使用软件要计算很久，参考资料获得限制方法。100Å200Å