封閉形柵NMOS晶體管的設計與器件特性研究.pdf

1、隨著半導體技術的飛速發(fā)展和器件工藝尺寸的減小，互補型金屬氧化物半導體（簡寫為CMOS）集成電路的可靠性問題越來越明顯。尤其是在航天領域中，輻射所帶來的可靠性問題尤為突出，抗輻射加固產(chǎn)品的需求越來越高，對使用芯片及系統(tǒng)抗輻射能力的要求也越來越高。在眾多抗輻射加固方法中，采用封閉形柵晶體管的版圖設計對于總劑量輻射效應是一種有效的抗輻射加固方法。于是，如何使用正確的寬長比提取方法對封閉形柵進行設計，并估算其帶來的面積損耗以及封閉形柵NMOS晶

2、體管的可靠性進行研究成為了現(xiàn)階段半導體器件的研究熱點?；谝陨媳尘?，本文圍繞封閉形柵NMOS晶體管的設計與器件特性展開了研究。具體內(nèi)容如下：
　　基于商用CMOS工藝線，設計并制備了不同柵氧化層厚度和不同柵形狀的封閉形柵NMOS晶體管，主要有環(huán)形柵、半環(huán)形柵和用于對比研究的條形柵。通過對完成制備的各種樣片進行電特性測試，表明所設計的NMOS晶體管達到設計要求。并對條形柵、半環(huán)形柵和環(huán)形柵NMOS晶體管的最小寬長比和所占的版圖面積進

3、行了對比研究，并對比研究了三種提取封閉形柵NMOS晶體管的有效寬長比的方法，實驗顯示環(huán)形柵常使用的中線近似法和半環(huán)形柵使用的均值法提取有效 W/L都存在誤差，在可接受范圍內(nèi)，是最簡單有效的方法。
　　通過對不同柵氧厚度的封閉形柵NMOS晶體管進行輻射實驗研究和計算機仿真研究，通過對工藝修正參數(shù)的調整，可以使實驗數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)達到很好的一致性，仿真結果和實驗結果顯示在柵氧化層更薄的工藝線中，封閉形柵NMOS的抗總劑量輻射加固效果更加

4、顯著，環(huán)形柵的加固效果優(yōu)于半環(huán)形柵。
　　對比研究了基于0.18μm CMOS工藝的環(huán)形柵、半環(huán)形柵和條形柵NMOS晶體管的熱載流子效應，通過對其應力前后電特性的對比研究分析，結果顯示，隨著直流應力退化時間的累積，NMOS晶體管的漏電流會減小，閾值電壓變大、跨導的峰值也會變小。并且，同一寬長比的NMOS，環(huán)形柵的退化最嚴重，半環(huán)形柵其次，與條形柵相差不大。所以，封閉形柵NMOS晶體管雖然能很好提高抗總劑量輻射能力，但對于抗HCI效