MOS晶体管击穿特性研究.doc

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：2012.5.20一、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：go athena# 网格定义（创建非均匀网格）# Non-Uniform Grid(0.6um x 0.8um)line x loc=0.00 spac=0.10line x loc=0.20 spac=0.01line x loc=0.60 spac=0.01#line y loc=0.00 spac=0.008line y loc=0.2 spac=0.01line y loc=0.5 spac=0.05line y loc=0.8 spac=0.15#初始衬底参数：浓度、晶向等 （浓度1.0e14/cm2 晶向100方向）# Initial Silicon Structure with Orientationinit silicon c.boron=1.0e16 orientation=100 two.d# 栅极氧化及优化（使氧化层厚度约为100A）# Gate Oxidationdiffus time=11 temp=925.727 dryo2 press=0.982979 hcl.pc=3# 提取栅极厚度#extract name=Gateoxide thickness material=SiO2 mat.occno=1 x.val=0.3# 阈值电压调整注入（注入9.5e11/cm2的）# Threshold Voltage Adjust implantimplant boron dose=9.5e11 energy=10 crystal# 多晶硅淀积# Conformal Polysilicon Depositiondeposit polysilicon thick=0.20 divisions=10# 多晶硅刻蚀# Poly Definitionetch polysilicon left p1.x=0.35# 多晶硅氧化# Polysilicon Oxidationmethod fermi compressdiffus time=3 temp=900 weto2 press=1.00# 多晶硅参杂# Polysilicon Dopingimplant phosphor dose=3e13 energy=20 crystal# 隔离氧化层淀积# Spacer Oxide depositiondeposit oxide thick=0.12 divisions=10# 侧墙氧化隔离层的形成etch oxide dry thick=0.12# Source/Drain Implant# 源漏注入implant arsenic dose=5e15 energy=50 crystal# 源漏退火method fermidiffus time=1 temp=900 nitro press=1.00# 刻蚀通孔# Open Contact Windowetch oxide left p1.x=0.2# 铝淀积# Aluminum Depositiondeposit aluminum thick=0.03 divisions=2# 刻蚀铝电极# Etch Aluminumetch aluminum right p1.x=0.18#计算结深extract name=nxj xj material=Silicon mat.occno=1 x.val=0.2 junc.occno=1#获得N+源漏极方块电阻extract name=n+ sheet res sheet.res material=Silicon mat.occno=1 x.val=0.05 region.occno=1#测量LDD方块电阻extract name=ldd sheet res sheet.res material=Silicon mat.occno=1 x.val=0.3 region.occno=1#测量长沟倒阈值电压extract name=1dvt 1dvt ntype qss=1e10 x.val=0.5#结构镜像struct mirror right#定义电极electrode name=source x=0.1#electrode name=drain x=1.1#electrode name=gate x=0.6#electrode name=backside backside#struct outfile=nmos1.str生成结构后，进行仿真源代码如下：go atlas#调用结构文件mesh infile=nmos.str# #指定接触面特性contact name=gate n.polysilicon interf qf=3E10# Set modelsmodels print cvt consrh #用于击穿分析的雪崩碰撞电离模型 impact selbmethod newton trap climit=1e-4 #注# open log filelog outf=mos1.log solve vdrain=0.025solve vdrain=0.05solve vdrain=0.1solve vdrain=0.5solve vstep=0.25 vfinal=12 name=drain compl=1e-7 cname=drain #注#save outf=mos1_1.str# extract name=NVbd x.val from curve(abs(v.drain),abs(i.drain) where y.val=1e-9tonyplot mos1.log -set mos1_log.settonyplot mos1_1.str -set mos1_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init silicon c.boron=1.0e16 orientation=100 two.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=1.0e15 c.boron=1.0e16 c.boron=1.0e171e151e161e17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diffus time=11 temp=925.727 dryo2 press=0.982979 hcl.pc=3分别改为diffus time=11 temp=985.969 dryo2 press=1.12818 hcl.pc=3 和diffus time=11 temp=865.817 dryo2 press=0.944327 hcl.pc=3 得到了氧化层厚度200和50，并得到击穿特性如图： 100 200 50 50 200 100五、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1cm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