高压MOSFET的BSIM3 I-V模型研究与改进

摘要

随着集成电路飞速发展和集成电路制造工艺水平的提高，芯片的集成度越来越高，同时也对新的集成电路设计与制造提出了更高的要求，其中包括应用日益广泛的高压集成电路。高压集成电路是将高压器件和低压控制电路集成在同一芯片上的集成电路。高压集成电路的研究与发展，主要是高压器件、高压集成电路工艺以及设计技术的发展，其中与常规CMOS工艺相兼容高压MOS晶体管(简称HVMOSFET)的设计与仿真是高压集成电路设计的关键。 随着计算机辅助设计软件的发展，电路模拟与仿真成为IC制造工艺和器件研究中不可或缺的工具。它们能有效缩短流片的实验周期，并且很大程度上降低庞大的IC制造成本。但是目前高压集成电路仿真上还存在某些不足，仿真结果与测量值的偏差还需要进一步校正。这其中HVMOS晶体管模型的仿真特性与实际测试情况差别较大，需要进一步优化以提高其精确程度，使其与实际实验中的HVMOS晶体管特性相符合。 论文中针对SPICEBSIM3模型在对大量应用于高压集成电路中的HVMOSFET建模上的不足，提出了基于BSIM3的高压MOS晶体管I-V模型改进。研究中采用一套成熟的0.35μm14VHVMOS工艺对DoubleDiffusedDrain结构的HVMOSFET进行了实验流片，并使用AgilentICCAP测量系统在对制成的不同几何尺寸的HVMOSFET进行大量的测量与数据采集，并分析其源漏电阻受栅源、源漏和衬底电压的影响及与标准工艺低压MOS晶体管的差异。 在保留BSIM3v3原有参数的同时创新性地针对BSIM3模型源代码中源漏电阻Rds的相关参数算法提出了改进方案：增加Rds的二次栅压调制因子Prwg2和有效Vds参数δ的栅压调制因子δ1、δ2用于表征高Vgs时Vgs对于源漏寄生电阻的调制效应，和HVMOS短沟晶体管Vgs对于δ的调制效应，改善BSIM3MOSFETI-V模型在Vgs较高情况下与实际MOSFET特性的拟和情况。 在开放的SPICE和BSIM3v3源代码上对模型库文件进行修改并实现了该优化。仿真结果表明采用改进后的模型，在ICCAP下的测量曲线与参数提取后的I-V仿真曲线十分吻合，该模型改进大大提高了BSIM3I-V模型模拟HVMOS晶体管时的精确度。

目录

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摘要

第一章绪言

第二章高压MOSFET的基本结构与原理

第三章SPICE仿真软件与Bsim3模型

第四章高压MOSFET的BSIM3模型建立与参数提取

第五章高压MOSFET SPICE Bsim3 I-V模型的优化

第六章模型优化的实现与实验结果验证

结论

回顾与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致谢

附录