论文部分内容阅读
随着工艺技术不断创新,集成电路核心器件MOSFET的特征尺寸已缩小到深纳米量级,器件和集成芯片的性能都得到大幅提升。然而,深纳米工艺代精细的版图布局引入各类邻近效应,深纳米MOSFET器件性能因此产生波动,导致集成芯片的性能参数误差及可靠性隐患。精确的MOSFET器件模型是集成电路设计和工艺之间的桥梁,目前国内MOSFET版图邻近效应模型的缺失为降低电路设计仿真误差带来难度。因此,建立准确表征版图邻近效应的MOSFET器件模型,对深纳米工艺代中各类邻近效应做出精准描述和预测,对器件制造和电路仿真都有着重要的意义。本文首先从亚波长光刻、应力邻近、高能离子注入和瞬态增强扩散效应四个方面,分析了版图邻近效应的产生机理,研究确定了该效应对器件性能的影响主要表现在阈值电压Vth和相关电流的波动,因此选用紧凑模型委员会(CMC)认证的基于阈值电压的紧凑模型BSIM4.5作为核心模型,并对其扩展实现版图邻近模型。本文基于国有先进的40nm 1.1V MOSFET工艺平台,对从长沟至短沟的130个NMOSFET和PMOSFET进行流片和电学性能测试,完成了基于BSIM4.5的MOSFET C-V、I-V核心模型参数提取工作。MOSFET核心模型的提取结果表明,平均误差小于2%,最大误差小于5%,符合业界模型提取的标准。由于BSIM4.5模型涉及的版图邻近因子不全面,本文在MOSFET核心模型提取的基础上,结合40nm MOSFET工艺的精细版图,对STI应力邻近因子、阱邻近因子、有源区邻近因子和栅极邻近因子这四类版图邻近因子,分别建立版图邻近子模型。在版图邻近子模型中,本文着重考虑11个版图邻近因子,新添加KSODXU0、 KSODXVTH0等28个模型参数以建立40nm MOSFET器件性能波动与不同版图邻近因子相关性的物理表达式。通过对MOSFET核心模型中阈值电压表达式Vth和迁移率表达式μeff的修正,将版图邻近子模型移植到MOSFET核心模型上,完成了版图邻近效应模型的建立。为了对建立的版图邻近效应模型进行验证,本文通过对392个NMOSFET和PMOSFET测试结构的参数测试和模型比对,有效涵盖大尺寸、短沟道、窄沟道和小尺寸器件,表明本文建立的版图邻近效应模型实现了MOSFET 1-1mV的阈值电压变化量和0.5-4.5%的漏电流变化率的模拟,有效降低电路设计中的仿真误差。本文建立的40nm MOSFET版图邻近效应模型能够准确拟合MOSFET的电学性能,具有较好的可读性和可移植性,可实现更精准的电路设计和性能仿真预测。