微电子器件原理 5-9.ppt

* 5.9 MOSFET 的结构及发展方向 MOSFET 的发展方向主要是沟道长度的不断缩短，目前已经缩短到小于 0.1 ?m。这种发展趋势可以用 摩尔定律 来描述，即 MOS 集成电路的集成度每 18 个月翻一番，最小线宽每 6 年下降一半。目前预测的最小极限尺寸是 25 nm，尽管这种对极限尺寸的预测也在不断下调。 MOSFET 的发展过程，就是在不断缩短沟道长度的同时，尽量设法消除或削弱短沟道效应的过程。 5.9.1 按比例缩小的 MOSFET 1、恒场按比例缩小法则 为了消除或削弱短沟道效应，除了采用一些特殊的结构外，在 VLSI 中，主要采用按比例缩小法则。 设 K 为缩小因子，K 1 。恒场按比例缩小法则要求： 这时器件及集成电路的性能发生如下改变： 2、恒场按比例缩小法则的局限性 (1) 亚阈区摆幅 S 不变会使亚阈电流相对增大，对动态存储器特别不利。 (2) 某些电压参数不能按比例缩小，例如 Vbi 和 2?FB 等。 (3) 表面反型层厚度 b 不能按比例缩小。可将反型层看作一个极板间距为 b 且与 COX 相串联的电容，使总的有效栅电容偏离反比于 TOX 的关系而逐渐饱和。 (5) 电源电压不能完全按比例缩小。 (4) 寄生电阻的限制。 3、其它按比例缩小法则 (1) 修正的恒场按比例缩小法则 (2) (3) 恒亚阈电流缩小法则 (4) 恒压按比例缩小法则 5.9.2 双扩散 MOSFET (1) 沟道长度由两次反型扩散的结深之差决定。可以使沟道长度制作得又短又精确。 特点： (2) 在沟道和漏区之间插入一个 N? 漂移区，可以消除寄生电容 C?gd ，提高漏源击穿电压，减小沟道长度调制效应，防止漏、源穿通，抑制衬底电流和热电子效应等。 5.9.3 SOS-MOSFET 特点：由于兰宝石的优良绝缘性而大大减小了源、漏区与衬底之间的寄生电容，故具有较高的速度。此外，在 SOS 结构中可以腐蚀掉不需要的部分，只剩下 MOSFET 的有源部分，这样在集成电路中就能实现各 MOSFET 之间的完全电隔离。 在兰宝石 (α-Al2O3 ) 衬底上外延生长单晶硅薄膜，在此薄膜上制作的 MOSFET，称为 SOS-MOSFET。 5.9.4 深亚微米 MOSFET 1、量子效应的影响 对于深亚微米 MOSFET，根据按比例缩小法则，必须采用重掺杂衬底和薄栅技术。这样能带在表面的弯曲将形成足够窄的势阱，使反型层中的载流子在界面处 量子化。计算表明，量子效应使反型层电子浓度的峰值离开界面。可以将该现象等效为栅氧化层厚度的增加，从而导致漏极电流的衰退。 *