基于RF CMOS工艺的器件模型研究
发布时间：2020-09-04 09:20
在按比例缩小的原则下,集成电路的工艺已经达到纳米级别,晶体管尺寸的缩小导致器件的工作特性也发生了微妙的变化。基于RF CMOS工艺的半导体器件在特征尺寸降到100纳米以下时,许多效应会越来越明显。并且随着工作频率的提高,器件寄生部分所产生的寄生效应也有所加强。现有的器件模型最初大多都是针对数字和低频模拟电路设计而建立起来的,主要关注频率在兆赫兹以内管子的特性,并忽略了许多物理效应对管子特性的影响,如漏端引入的势垒降低效应(Drain Induced Barrier Lowering,DIBL)。MOSFET器件是集成电路设计中最常用的器件,而MOM电容随着先进CMOS工艺尺寸的不断减小,其电容密度扩展具备极大优势。因此,对基于RF CMOS工艺的MOSFET和MOM电容建模研究具有极高的实用价值。本文主要研究了 MOSFET和MOM电容建模。分别建立了基于40 nm CMOS工艺的MOSFET器件和基于55 nm CMOS工艺MOM电容的可缩放模型。同时针对高频率会引入各种寄生效应的问题,提出了一种连带测试结构共同建模的RF CMOS器件建模方法。为了提高模型精度、扩展有效频带,模型在构造时加入了测试结构和互连线的等效电路。通过解析提取的方法,在低频时提取测试结构引入的容性和阻性寄生参数。高频下互连线产生的趋肤效应参数采用物理公式计算初值。模型拓扑结构和参数提取方法,采用40 nm RF CMOS工艺上设计所得连带测试结构的MOM电容数据进行验证。本文具体研究内容如下:(1)正确理解基于CMOS工艺MOSFET和MOM电容工作特性和各种物理效应,熟悉及掌握器件的物理结构,了解其寄生拓扑结构,熟悉模型参数对模型影响。(2)对基于CMOS工艺的MOSFET器件的小信号模型进行了研究。并以此为基础,通过对MOSFET器件射频特性表征,建立了 MOSFET射频可缩放模型。(3)研究MOM电容射频可缩放模型。提出了一种新的连带测试结构的共同建模的RF CMOS器件建模方法。并在40 nm RF CMOS工艺MOM电容建模中得到验证。(4)根据研究的中心内容优化现有模型,利用实验室现有硬软件条件进行测试,提取模型参数,最终对模型质量进行分析。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN386
【部分图文】：
高温扩散掺杂被离子注入取代，反应离子刻蚀的应用，多晶硅栅结构的应用，互连线逡逑材料的更新换代等。因此，ＣＭＯＳ工艺是在各种学科和制造技术等多方面的结合和共同进步。逡逑图１．１为自１９７９年起集成电路工艺的栅长尺寸逐年变化趋势图，同时对未来的栅逡逑长尺寸做了预测。由图可知，１Ｃ工艺的栅长尺寸呈不断减小的趋势，在可预见的将来栅长尺逡逑寸将继续缩小。器件工艺尺寸的减小是由设计中所需的性能和集成度驱动的。集成电路中集逡逑成器件的数量呈指数级增长，而受限于技术节点和制造成本的增加，预计增长速度将放缓。逡逑１２逡逑；＼逡逑杀６逦＼逡逑２逡逑０邋逦逦—逦逡逑１９７０逦１９８０逦１９９０逦２０００逦２０１０逦２０２０逡逑年逡逑图１．１集成电路中工艺尺寸最小栅长逐年变化趋势图逡逑集成电路的发展和ＣＭＯＳ技术一直互相支撑、相辅相成。不得不说，集成电路发展史是逡逑ＣＭＯＳ工艺不断向前推进的历史。有些人认为ＣＭＯＳ工艺已经发展到了顶峰。在过去，基于逡逑纯硅的ＣＭＯＳ技术多适用于数字电路的设计。随着ＣＭＯＳ性能的提升、工艺节点的进步以逡逑及市场趋势的变化，ＲＦＣＭＯＳ制程己经引发了业界和学界关注和研究，它可以在降低成本的逡逑同时，具有将射频、基频与存储器等组件合而为一的高整合度。因此，对ＲＦＣＭＯＳ的研究意逡逑义重大。逡逑在晶圆代工领域，技术节点在不断提升，商用集成电路工艺尺寸已经发展到了邋７ｎｍ。例逡逑如
低端产品可以大致满足国内市场，且技术核心大多依赖别的国家，高端产品非常缺失，相关逡逑技术人员也格外短缺。研发投入的强度和持续度仍待提升。现在我国的总投资规模、研发投逡逑入与欧美等发达国家相比仍然不足。图１．２为２０１１－２０１７年我国的集成电路制造行业的销售走逡逑势图。从图中可以看出，我国集成电路行业销售收入在逐年上升，但是我们的占领的市场主逡逑要在中低端领域，且核心技术对外依赖严重。我国集成电路产业己具备了一定的发展基础，逡逑国家加大研发投入，鼓励电路设计、芯片制造和电路封装等集成电路相关产业的发展。中芯逡逑国际是大陆目前最大的晶圆代工厂，目前他们的１４ｎｍ己进入客户导入阶段，预计最快于２０１９逡逑年量产。２０１８年，华力微电子１２英寸生产线已经投产［１４］。该产线使用２８邋ｎｍ技术。中芯国逡逑际的１４邋ｎｍ和华力的２８邋ｎｍ工艺的大批量投产影响，国产半导体制造业与１Ｃ设计业必将以逡逑此为动力，快速发展。逡逑腰集成电路行业销售收入：亿元逡逑６０００邋逦逡逑５０００邋逦Ｓ逦逡逑４０００邋逦疆逦１逦逡逑３０００邋逦樐逦１逦邋＊邋－邋■逦．
致等于衬底中ｐ型杂质的浓度）。若栅偏压此时漏级和源级之间没有电流，逡逑ＭＯＳＦＥＴ处于截止状态。逡逑图２．２为ＭＯＳＦＥＴ的输出特性／＆－心曲线。图中表示了三个不同的工作区。逡逑线性区／逦逡逑图２．２输出特性曲线逡逑当０＜匕，＜１＾－心时，ＭＯＳＦＥＴ处于线性区。在线性区，随着漏电压的增加，逡逑漏源电流４也会随之呈线性增加。此时４的计算公式见式（２．１）。逡逑１０逡逑
本文编号：2812142
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN386
【部分图文】：
高温扩散掺杂被离子注入取代，反应离子刻蚀的应用，多晶硅栅结构的应用，互连线逡逑材料的更新换代等。因此，ＣＭＯＳ工艺是在各种学科和制造技术等多方面的结合和共同进步。逡逑图１．１为自１９７９年起集成电路工艺的栅长尺寸逐年变化趋势图，同时对未来的栅逡逑长尺寸做了预测。由图可知，１Ｃ工艺的栅长尺寸呈不断减小的趋势，在可预见的将来栅长尺逡逑寸将继续缩小。器件工艺尺寸的减小是由设计中所需的性能和集成度驱动的。集成电路中集逡逑成器件的数量呈指数级增长，而受限于技术节点和制造成本的增加，预计增长速度将放缓。逡逑１２逡逑；＼逡逑杀６逦＼逡逑２逡逑０邋逦逦—逦逡逑１９７０逦１９８０逦１９９０逦２０００逦２０１０逦２０２０逡逑年逡逑图１．１集成电路中工艺尺寸最小栅长逐年变化趋势图逡逑集成电路的发展和ＣＭＯＳ技术一直互相支撑、相辅相成。不得不说，集成电路发展史是逡逑ＣＭＯＳ工艺不断向前推进的历史。有些人认为ＣＭＯＳ工艺已经发展到了顶峰。在过去，基于逡逑纯硅的ＣＭＯＳ技术多适用于数字电路的设计。随着ＣＭＯＳ性能的提升、工艺节点的进步以逡逑及市场趋势的变化，ＲＦＣＭＯＳ制程己经引发了业界和学界关注和研究，它可以在降低成本的逡逑同时，具有将射频、基频与存储器等组件合而为一的高整合度。因此，对ＲＦＣＭＯＳ的研究意逡逑义重大。逡逑在晶圆代工领域，技术节点在不断提升，商用集成电路工艺尺寸已经发展到了邋７ｎｍ。例逡逑如
低端产品可以大致满足国内市场，且技术核心大多依赖别的国家，高端产品非常缺失，相关逡逑技术人员也格外短缺。研发投入的强度和持续度仍待提升。现在我国的总投资规模、研发投逡逑入与欧美等发达国家相比仍然不足。图１．２为２０１１－２０１７年我国的集成电路制造行业的销售走逡逑势图。从图中可以看出，我国集成电路行业销售收入在逐年上升，但是我们的占领的市场主逡逑要在中低端领域，且核心技术对外依赖严重。我国集成电路产业己具备了一定的发展基础，逡逑国家加大研发投入，鼓励电路设计、芯片制造和电路封装等集成电路相关产业的发展。中芯逡逑国际是大陆目前最大的晶圆代工厂，目前他们的１４ｎｍ己进入客户导入阶段，预计最快于２０１９逡逑年量产。２０１８年，华力微电子１２英寸生产线已经投产［１４］。该产线使用２８邋ｎｍ技术。中芯国逡逑际的１４邋ｎｍ和华力的２８邋ｎｍ工艺的大批量投产影响，国产半导体制造业与１Ｃ设计业必将以逡逑此为动力，快速发展。逡逑腰集成电路行业销售收入：亿元逡逑６０００邋逦逡逑５０００邋逦Ｓ逦逡逑４０００邋逦疆逦１逦逡逑３０００邋逦樐逦１逦邋＊邋－邋■逦．
致等于衬底中ｐ型杂质的浓度）。若栅偏压此时漏级和源级之间没有电流，逡逑ＭＯＳＦＥＴ处于截止状态。逡逑图２．２为ＭＯＳＦＥＴ的输出特性／＆－心曲线。图中表示了三个不同的工作区。逡逑线性区／逦逡逑图２．２输出特性曲线逡逑当０＜匕，＜１＾－心时，ＭＯＳＦＥＴ处于线性区。在线性区，随着漏电压的增加，逡逑漏源电流４也会随之呈线性增加。此时４的计算公式见式（２．１）。逡逑１０逡逑
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 彭静玉;;MOS管变容特性研究及振荡频率估计[J];电子科技;2011年08期
2 赵军;;高K-金属栅极和45纳米[J];信息系统工程;2008年03期
3 俞忠钰;;关于我国集成电路产业未来发展思考[J];中国集成电路;2006年02期
本文编号：2812142
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2812142.html
