亚90纳米CMOS器件PSP建模技术和参数提取的研究

摘要

随着高密度整合所产生的系统复杂性的提高,在超大规模集成电路设计中,一种带有精确器件模型的有效电路仿真器变得越来越不可或缺。对于所有在一个大范围的器件上操作的模型,必须有一个完整的器件模型能够预知器件的特性。虽然以BSIM4为代表的半经验模型完全保留了物理模型的基本功能形式,而且用带有拟和参数的经验公式来代替经典公式从而解决了小的几何效应和二次工艺误差。但是随着器件尺寸朝着90nm,甚至更小尺寸发展时,BSIM4模型已经无法处理日益增加的模拟和射频电路的应用。因此需要有更先进的建模解决方案---基于表面势的PSP模型。本论文基于90nm工艺的电性数据,针对标准CMOS器件的物理效应,通过以下工作来对PSP模型建模技术和参数提取进行新的探索。首先,概述了CMOS器件的基本物理效应,与此同时,对一些新近发现的物理效应进行重点介绍。其次,对PSP模型理论进行归纳研究,为接下来的参数提取建立一个理论基础。另外在本文中还会讨论测试结构设计以及数据测试的内容,这对于建立一个完整、准确地模型有着相当重要的作用。再次,基于PSP模型进行完整参数提取的尝试。最后,对论文工作进行总结,提出对未来建模技术和参数提取的展望。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 引言

第二章 CMOS 器件物理效应

2.1 引言

2.2 阈值电压

2.2.1 垂直与横向不均匀浓度掺杂

2.2.2 短沟道和DIBL 效应

2.2.3 窄沟道效应

2.3 栅极直接隧穿电流

2.4 漏极电流

2.4.1 基极电荷效应

2.4.2 载流子迁移率和速度饱和

2.4.3 源漏寄生电阻

2.4.4 饱和区输出电导

2.5 基极电流

2.6 短沟道电容

2.7 STI 压应力效应

2.8 阱邻近效应

2.9 温度相依性

2.10 小结

第三章 PSP 模型

3.1 引言

3.2 本征模型

3.2.1 表面势

3.2.2 横向场梯度因子

3.2.3 漏极电流

3.2.4 内部电荷

3.3 外部模型

3.3.1 叠加区表面势

3.3.2 体电流

3.3.3 栅电流

3.3.4 外部电荷

3.4 噪声模型

3.5 结型二极管模型

3.6 PSP 模型的特点

3.7 小结

第四章 测试结构设计和数据测试

4.1 引言

4.2 器件测试结构设计

4.2.1 CMOS 器件尺寸与矩阵

4.2.2 CMOS 器件中的寄生电容

4.3 数据测试

4.3.1 测试条件和环境

4.3.2 测试数据的分类

4.4 小结

第五章 PSP 模型参数提取

5.1 引言

5.2 LOCAL 参数提取

5.2.1 交流参数提取

5.2.2 直流参数提取

5.2.3 温度参数提取

5.3 BINNING 参数提取

5.4 GLOBAL 参数提取

5.4.1 常规参数定义

5.4.2 GLOBAL 参数提取流程

5.5 PSP 模型和BSIM4 模型参数提取的比较

5.6 小结

第六章 总结和展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文