【正文】 sk， 在場區(qū)外生成一個(gè)氮化硅的斑區(qū) 。 然后 ， 再以這個(gè)斑區(qū)作為 implant mask， 注入 P+區(qū) 。 最后 ， 以這個(gè)斑區(qū)為掩膜生成氧化區(qū) 。 然而 ， 在氧化過程中 ， 氧氣會(huì)從斑區(qū)的邊沿處滲入 ， 造成了氧化區(qū)具有鳥嘴形 （ bird beak） 。 Bird beak的形狀和大小與氧化工藝中的參數(shù)有關(guān) ， 但是有一點(diǎn)是肯定的 ， 器件尺寸 ， 有源區(qū)的邊沿更動(dòng)了 。 器件的寬度不再是版圖上所畫的 Wdrawn， 而是 W， W = Wdrawn?2?W 式中 ?W就是 bird beak侵入部分 ， 其大小差不多等于氧化區(qū)厚度的數(shù)量級(jí) 。 當(dāng)器件尺寸還不是很小時(shí) ， 這個(gè) ?W影響不大；當(dāng)器件縮小后 ， 這個(gè) ?W是可觀的 ， 它影響了開啟電壓 。 東 ?南 ?大 ?學(xué) 射 ?頻 ?與 ?光 ?電 ?集 ?成 ?電 ?路 ?研 ?究 ?所 ? 2021/6/15 57 L和 W的變化 (續(xù) ) 另一方面 ， 那個(gè)注入?yún)^(qū)也有影響 。 由于 P+區(qū)是先做好的 ，后來在高溫氧化時(shí) ， 這個(gè) P+區(qū)中的雜質(zhì)也擴(kuò)散了 ， 侵入到管子區(qū)域 ， 改變了襯底的濃度 Na， 影響了開啟電壓 。 同時(shí) ， 擴(kuò)散電容也增大了 ， N+區(qū)與 P+區(qū)的擊穿電壓降低 。另外 ， 柵極長度 L不等于原先版圖上所繪制的 Ldrawn， 也減小了 ， 如圖所示 。 Ldrawn是圖上繪制的柵極長度。 Lfinal是加工完后的實(shí)際柵極長度。 Lfinal = Ldrawn?2?Lpoly 東 ?南 ?大 ?學(xué) 射 ?頻 ?與 ?光 ?電 ?集 ?成 ?電 ?路 ?研 ?究 ?所 ? 2021/6/15 58 L和 W的變化 (續(xù) ) ? 尺寸縮小的原因是在蝕刻（ etching） 過程中，多晶硅（ Ploy） 被腐蝕掉了。 ? 另一方面，擴(kuò)散區(qū)又延伸進(jìn)去了，兩邊合起來延伸了 2?Ldiff， 故溝道長度僅僅是， L = Ldrawn?2?Lpoly?2?Ldiff 這 2?Ldiff是重疊區(qū) ， 也增加了結(jié)電容 。 ?Cgs = W?LdiffCox ?Cgd = W?LdiffCox 式中 Cox是單位面積電容 。 東 ?南 ?大 ?學(xué) 射 ?頻 ?與 ?光 ?電 ?集 ?成 ?電 ?路 ?研 ?究 ?所 ? 2021/6/15 59 遷移率的退化 眾所周知 ， MOS管的電流與遷移率 ?成正比 。 在設(shè)計(jì)器件或者計(jì)算 MOS管參數(shù)時(shí) ， 常常假定 ?是常數(shù) 。 而實(shí)際上 ， ?并不是常數(shù) 。 從器件的外特性來看 ， 至少有三個(gè)因素影響 ?值 ， 它們是：溫度 T， 垂直電場 Ev， 水平電場 Eh。 1） 特征遷移率 ?0 ?0與制造工藝密切相關(guān) 。 它取決于表面電荷密度 ， 襯底摻雜和晶片趨向 。 ?0還與溫度 T有關(guān) ， 溫度升高時(shí) ， ?0就降低 。 如果從 25℃ 增加到 100℃ ， ?0將下降一半 。 因而 ， 在MOS管正常工作溫度范圍內(nèi) ， 要考慮 ?0是變化的 。 東 ?南 ?大 ?學(xué) 射 ?頻 ?與 ?光 ?電 ?集 ?成 ?電 ?路 ?研 ?究 ?所 ? 2021/6/15 60 遷移率的退化（續(xù)） 2） 遷移率 ?的退化的第二個(gè)原因：還有電場強(qiáng)度 通常 ， 電場強(qiáng)度 E增加時(shí) ， ?是減小的 。 然而 ， 電場 E有水平分量和垂直分量 ， 因而 ?將隨 Ev， Eh而退化 。 通常 ， ?可以表示為 ， ? = ?0(T)fv(Vg,Vs,Vd)fh(Vg,Vs,Vd) 其中 ， ?0(T)是溫度的函數(shù) ， ?0(T) = kT ?M 于是 ， 在半導(dǎo)體 Si內(nèi) ， M=， 這是 Spice中所用的參數(shù) 。 但在反型層內(nèi) （ NMOS管 ） ， M=2， 所以 ， 一般認(rèn)為 ， M值是處在 ?2之間 。 ?0的典型值為 ， N溝道 MOS管 ， ?0=600cm2/V?S； P溝道 MOS管 ， ?0=250cm2/V?S。 式中 fv是垂直電場的退化函數(shù)； fh是水平電場的退化函數(shù) 。 ? ?? ?MTTTT ??????????121020??東 ?南 ?大 ?學(xué) 射 ?頻 ?與 ?光 ?電 ?集 ?成 ?電 ?路 ?研 ?究 ?所 ? 2021/6/15 61 遷移率的退化（續(xù)） 通常 ， fv采用如下公式 ， 式中 ， Vc是臨界電壓 ， Vc=?ctox， ?c是臨界電場 ， ?c=2?105 V/cm 。 垂直 ?值退化大約為 25%?50%。 水平電場對 ?的影響 ， 比垂直電場大得多 。 因?yàn)樗诫妶鰧⒓铀佥d流子運(yùn)動(dòng) 。 當(dāng)載流子速度被加速到一個(gè)大的數(shù)值 ， 水平速度會(huì)飽和 。 一般來講 ， N型 Si的 ?0遠(yuǎn)大于 P型 Si的 ?0。 然而 ， 這兩種載流子的飽和速度是相同的 。 對于一個(gè)高性能器件來說 ， 載流子是以最高速度 ， 即飽和速度通過溝道的 。 這時(shí) ， P溝道管子的性能與 N溝道管子差不多相等 。 這并不是 P型器件得到改進(jìn) ， 而是 N型器件有所退化 。 ? ???????cvvvccvv VVVVVVf對對 /1 東 ?南 ?大 ?學(xué) 射 ?頻 ?與 ?光 ?電 ?集 ?成 ?電 ?路 ?研 ?究 ?所 ? 2021/6/15 62 遷移率的退化（續(xù)） 經(jīng)過長期研究 ， 已經(jīng)確定 ， 在電場不強(qiáng)時(shí) ， N溝道的 ?確實(shí)比 P溝道的 ?大得多 ， 約 。 但當(dāng)電場增強(qiáng)時(shí) ， 這個(gè)差距就縮小 ， 當(dāng)電場強(qiáng)到一定程度 ， N管與 P管達(dá)到同一飽和速度 ， 得到同一個(gè) ?值 。 它與摻雜幾乎無關(guān) 。 東 ?南 ?大 ?學(xué) 射 ?頻 ?與 ?光 ?電 ?集 ?成 ?電 ?路 ?研 ?究 ?所 ? 2021/6/15 63 溝道長度調(diào)制 簡化的 MOS原理中 ， 認(rèn)為飽和后 ， 電流不再增加 。 事實(shí)上 ， 飽和區(qū)中 ， 當(dāng) Vds增加時(shí) ， Ids仍然增加的 。 這是因?yàn)闇系纼啥说暮谋M區(qū)的寬度增加了 ， 而反型層上的飽和電壓不變 ， 溝道距離減小了 ， 于是溝道中水平電場增強(qiáng)了 ， 增加了電流 。 故器件的有效溝道長度為 ， L39。 = L?? 式中 ?是漏極區(qū)的耗盡區(qū)的 寬度 ， 如右圖所示 ， 且有 其中 Vds?VDsat?是耗盡區(qū)上的電壓 。 如果襯底摻雜高 ， 那么這種調(diào)制效應(yīng)就減小了 。 ?????? ???? D s a tdsSi VVqN?2東 ?南 ?大 ?學(xué) 射 ?頻 ?與 ?光 ?電 ?集 ?成 ?電 ?路 ?研 ?究 ?所 ? 2021/6/15 64 短溝道效應(yīng)引起門限電壓變化 迄今 ， 我們對 MOS管的分析全是一維的 。 無論是垂直方向 ， 還是水平方向 ， 都是一維計(jì)算的 。 我們隱含地假定 ， 所有的電場效應(yīng)都是正交的 。 然而 ， 這種假定在溝道區(qū)的邊沿上是不成立的 。 因?yàn)闇系篮芏?， 很窄 ， 邊沿效應(yīng)對器件特性有重大影響 。 （ 最重要的短溝道效應(yīng)是 VT的減小 。 ） 加在柵極上的正電壓首先是用來趕走 P型襯底中的多數(shù)載流子 ——空穴 ， 使柵極下面的區(qū)域形成耗盡層 ，從而降低了 Si表面的電位 。 當(dāng)這個(gè)電位低到 P型襯底的費(fèi)米能級(jí)時(shí) ， 半導(dǎo)體出現(xiàn)中性 。 這時(shí) ， 電子濃度和空穴濃度相等 。 若再增加?xùn)艠O電壓 ， 就形成反型層 。 東 ?南 ?大 ?學(xué) 射 ?頻 ?與 ?光 ?電 ?集 ?成 ?電 ?路 ?研 ?究 ?所 ? 2021/6/15 65 短溝道效應(yīng)引起門限電壓變化 (續(xù) ) ? 柵極感應(yīng)所生成的耗盡區(qū) ， 與源 、 漏耗盡區(qū)是連接在一起的 。顯然 ， 有部分區(qū)域是重疊的 。 那里的耗盡區(qū)是由柵極感應(yīng)與擴(kuò)散平衡共同形成的 。 差不多一半由感應(yīng)產(chǎn)生 ， 另一半由擴(kuò)散形成 。 這樣 ， 柵極電壓只要稍加一點(diǎn) ， 就可以在柵極下面形成耗盡區(qū) ， 如下圖所示 。 QB39。 = QB?QL 故門限電壓 VT必然降低 。 圖 東 ?南 ?大 ?學(xué) 射 ?頻 ?與 ?光 ?電 ?集 ?成 ?電 ?路 ?研 ?究 ?所 ? 2021/6/15 66 短溝道效應(yīng)引起門限電壓變化 (續(xù) ) ? 對于長溝道 MOS管 ， 影響不大 。 但是當(dāng)溝道長度L5?后 ， VT降低是極其明顯的 ， 如圖所示 。 圖 東 ?南 ?大 ?學(xué) 射 ?頻 ?與 ?光 ?電 ?集 ?成 ?電 ?路 ?研 ?究 ?所 ? 2021/6/15 67 狹溝道引起的門限電壓 VT的變化 ? 如果溝道太窄 ， 即 W太小 ， 那么柵極的邊緣電場會(huì)引起 Si襯底中的電離化 ， 產(chǎn)生了附加的耗盡區(qū) ， 因而 ，增加了門限電壓 ， 如圖所示 。 ? 由此可見 ， 這些短溝道 、 狹溝道效應(yīng) ， 對于工藝控制是比較敏感的 。 圖