PD SOI nMOSFETs中浮体效应对辐照性能的影响

在SIMOX衬底上制备了H形栅和环形栅PD SOI nMOSFETs,并研究了浮体效应对辐照性能的影响.在106rad(Si)总剂量辐照下,所有器件的亚阈特性未见明显变化.环形栅器件的背栅阈值电压漂移比H型栅器件小33%,其原因是碰撞电离使环形栅器件的体区电位升高,在埋氧化层中形成的电场减小了辐照产生的损伤.浮体效应有利于改进器件的背栅抗辐照能力.     

PDSOI nMOSFETs关态击穿特性

分别采用不同的背栅沟道注入剂量制成了部分耗尽绝缘体上硅浮体和H型栅体接触n型沟道器件.对这些器件的关态击穿特性进行了研究.当背栅沟道注入剂量从1.0×1013增加到1.3×1013cm-2,浮体n型沟道器件关态击穿电压由5.2升高到6.7V,而H型栅体接触n型沟道器件关态击穿电压从11.9降低到9V.通过测量寄生双极晶体管静态增益和漏体pn结击穿电压,对部分耗尽绝缘体上硅浮体和H型栅体接触n型沟道器件的击穿特性进行了定性解释和分析.     

PDSOI nMOSFETs关态击穿特性

分别采用不同的背栅沟道注入剂量制成了部分耗尽绝缘体上硅浮体和H型栅体接触n型沟道器件.对这些器件的关态击穿特性进行了研究.当背栅沟道注入剂量从1.0×1013增加到1.3×1013cm-2,浮体n型沟道器件关态击穿电压由5.2升高到6.7V,而H型栅体接触n型沟道器件关态击穿电压从11.9降低到9V.通过测量寄生双极晶体管静态增益和漏体pn结击穿电压,对部分耗尽绝缘体上硅浮体和H型栅体接触n型沟道器件的击穿特性进行了定性解释和分析.     

SOI反偏肖特基势垒动态阈值MOS特性

将Ti硅化物-p型体区形成的反偏肖特基势垒结构引入绝缘体上硅动态阈值晶体管.传统栅体直接连接DTMOS,为了避免体源二极管的正向开启,工作电压应当低于0.7V.而采用反偏肖特基势垒结构,DTMOS的工作电压可以拓展到0.7V以上.实验结果显示,室温下采用反偏肖特基势垒SOI DTMOS结构,阈值电压可以动态减小200mV.反偏肖特基势垒SOI DTMOS结构相比于传统模式,显示出优秀的亚阈值特性和电流驱动能力.另外,对浮体SOI器件、传统模式SOI器件和反偏肖特基势垒SOI DTMOS的关态击穿特性进行了比较.     

SOI反偏肖特基势垒动态阈值MOS特性

将Ti硅化物-p型体区形成的反偏肖特基势垒结构引入绝缘体上硅动态阈值晶体管.传统栅体直接连接DTMOS,为了避免体源二极管的正向开启,工作电压应当低于0.7V.而采用反偏肖特基势垒结构,DTMOS的工作电压可以拓展到0.7V以上.实验结果显示,室温下采用反偏肖特基势垒SOI DTMOS结构,阈值电压可以动态减小200mV.反偏肖特基势垒SOI DTMOS结构相比于传统模式,显示出优秀的亚阈值特性和电流驱动能力.另外,对浮体SOI器件、传统模式SOI器件和反偏肖特基势垒SOI DTMOS的关态击穿特性进行了比较.     

提高SOI器件和电路性能的研究

在分析SOI器件的浮体效应、击穿特性、背栅阈值、边缘漏电、ESD及抗辐照特性的基础上,提出了提高SOI器件和电路性能的技术途径.体接触是防止浮体效应的最好方法;正沟道和背沟道的BF2/B离子注入可以分别满足阈值和防止背栅开启的需要;SOI器件栅电极的选取严重影响器件的性能;源区的浅结有助于减小寄生npn双极晶体管的电流增益;而自对准硅化物技术为SOI器件优良特性的展现发挥了重要作用.研究发现,采用综合加固技术的nMOS器件,抗总剂量的水平可达1×106rad(Si).     

提高SOI器件和电路性能的研究

在分析SOI器件的浮体效应、击穿特性、背栅阈值、边缘漏电、ESD及抗辐照特性的基础上,提出了提高SOI器件和电路性能的技术途径.体接触是防止浮体效应的最好方法;正沟道和背沟道的BF2/B离子注入可以分别满足阈值和防止背栅开启的需要;SOI器件栅电极的选取严重影响器件的性能;源区的浅结有助于减小寄生npn双极晶体管的电流增益;而自对准硅化物技术为SOI器件优良特性的展现发挥了重要作用.研究发现,采用综合加固技术的nMOS器件,抗总剂量的水平可达1×106rad(Si).     

高性能42nm栅长CMOS器件

研究了20～50nm CMOS器件结构及其关键工艺技术,采用这些创新性的工艺技术研制成功了高性能42nm栅长CMOS器件和48nm栅长的CMOS环形振荡器.在电源电压VDD为±1.5V下,NMOS和PMOS的饱和驱动电流Ion分别为745μA/μm和-530μA/μm,相应的关态漏电流Ioff分别为3.5nA/μm和-15nA/μm.NMOS的亚阈值斜率和DIBL分别为72mV/Dec和34mV/V,PMOS的亚阈值斜率和DIBL分别为82mV/Dec和57mV/V.栅长为48nm的CMOS 57级环形振荡器,在1.5V电源电压下每级延迟为19.9ps.     

高性能42nm栅长CMOS器件

研究了20～50nm CMOS器件结构及其关键工艺技术,采用这些创新性的工艺技术研制成功了高性能42nm栅长CMOS器件和48nm栅长的CMOS环形振荡器.在电源电压VDD为±1.5V下,NMOS和PMOS的饱和驱动电流Ion分别为745μA/μm和-530μA/μm,相应的关态漏电流Ioff分别为3.5nA/μm和-15nA/μm.NMOS的亚阈值斜率和DIBL分别为72mV/Dec和34mV/V,PMOS的亚阈值斜率和DIBL分别为82mV/Dec和57mV/V.栅长为48nm的CMOS 57级环形振荡器,在1.5V电源电压下每级延迟为19.9ps.     

提高SOI器件和电路性能的研究

在分析SOI器件的浮体效应、击穿特性、背栅阈值、边缘漏电、ESD及抗辐照特性的基础上，提出了提高SOI器件和电路性能的技术途径. 体接触是防止浮体效应的最好方法；正沟道和背沟道的BF2/B离子注入可以分别满足阈值和防止背栅开启的需要；SOI器件栅电极的选取严重影响器件的性能； 源区的浅结有助于减小寄生npn双极晶体管的电流增益；而自对准硅化物技术为SOI器件优良特性的展现发挥了重要作用. 研究发现，采用综合加固技术的nMOS器件，抗总剂量的水平可达1E6rad(Si).     

一种低压低功耗SRAM/SOI单元设计

提出一种改进4管自体偏压结构SRAM/SOI单元.基于TSUPREM4和MEDICI软件的模拟和结构性能的分析,设计单元结构并选取结构参数.该结构采用nMOS栅下的含p+埋沟的衬底体电阻代替传统6管CMOSSRAM单元中的pMOS元件,具有面积小、工艺简单的优点.该结构可以在0.5V的电源电压下正常工作,与6管单元相比,该单元瞬态响应正常,功耗只有6管单元的1/10,满足低压低功耗的要求.     

A Low Power SRAM/SOI Memory Cell Design

提出一种改进4管自体偏压结构SRAM/SOI单元. 基于TSUPREM4和MEDICI软件的模拟和结构性能的分析，设计单元结构并选取结构参数. 该结构采用nMOS栅下的含p+埋沟的衬底体电阻代替传统6管CMOS SRAM单元中的pMOS元件，具有面积小、工艺简单的优点. 该结构可以在0.5V的电源电压下正常工作，与6管单元相比，该单元瞬态响应正常，功耗只有6管单元的1/10，满足低压低功耗的要求.     

高性能亚100nm栅长氮氧叠层栅介质难熔W/TiN金属栅电极CMOS器件

在国内首次将等效氧化层厚度为1.7nm的N/O叠层栅介质技术与W/TiN金属栅电极技术结合起来,用于栅长为亚100nm的金属栅CMOS器件的制备.为抑制短沟道效应并提高器件驱动能力,采用的关键技术主要包括:1.7nm N/O叠层栅介质,非CMP平坦化技术,T型难熔W/TiN金属叠层栅电极,新型重离子超陡倒掺杂沟道剖面技术以及双侧墙技术.成功地制备了具有良好的短沟道效应抑制能力和驱动能力的栅长为95nm的金属栅CMOS器件.在VDS=±1.5V,VGS=±1.8V下,nMOS和pMOS的饱和驱动电流分别为679和-327μA/μm.nMOS的亚阈值斜率,DIBL因子以及阈值电压分别为84.46mV/dec,34.76mV/V和0.26V.pMOS的亚阈值斜率,DIBL因子以及阈值电压分别为107.4mV/dec,54.46mV/V和0.27V.结果表明,这种结合技术可以完全消除B穿透现象和多晶硅耗尽效应,有效地降低栅隧穿漏电并提高器件可靠性.     

绝缘体上硅动态阈值nMOSFETs特性研究

基于绝缘体上硅技术,提出并研制动态阈值nMOSFETs结构.阐述了动态阈值nMOSFETs的工作原理.动态阈值nMOSFETs的阈值电压从VBS=0 V时的580 mV动态变化到VBS=0.6 V时的220 mV,但是这种优势并没有以增加漏电流为代价.因此动态阈值nMOSFETs的驱动能力较之浮体nMOSFETs在低压情况下,更具有优势.工作电压为0.6 V时,动态阈值nMOSFETs的驱动能力是浮体的25.5倍,0.7 V时为12倍.而且浮体nMOSFETs中的浮体效应,诸如Kink效应,反常亚阈值斜率和击穿电压降低等,均被动态阈值nMOSFETs结构有效抑制.     

100V高压CMOS工艺关键技术的研究

提出了一种新的双栅氧(dual gate oxide,DGO)工艺,有效提高了薄栅氧器件与厚栅氧器件的工艺兼容性,同时提高了高低压器件性能的稳定性.在中国科学院微电子研究所0.8μm n阱标准CMOS工艺基础上设计出高低压兼容的100V高压工艺流程,并流片成功.实验结果表明,高压n管和高压p管的关态击穿电压分别为168和-158V,可以在100V高压下安全工作.     

Investigations of Key Technologies for 100V HVCMOS Process

提出了一种新的双栅氧(dual gate oxide,DGO)工艺,有效提高了薄栅氧器件与厚栅氧器件的工艺兼容性,同时提高了高低压器件性能的稳定性.在中国科学院微电子研究所0.8μm n阱标准CMOS工艺基础上设计出高低压兼容的100V高压工艺流程,并流片成功.实验结果表明,高压n管和高压p管的关态击穿电压分别为168和-158V,可以在100V高压下安全工作.     

A low-voltage triggering SCR for on-chip ESD protection at outputand input pads

A novel silicon-controlled rectifier (SCR) structure for on-chip protection against electrostatic discharge (ESD) stress at output or input pads is presented. The SCR switches to an ON state at a trigger voltage determined by the gate length of an incorporated nMOS-like structure. Thus, the new SCR can be designed to consistently trigger at a voltage low enough to protect nMOS transistors from ESD. The capability of a protection circuit using the new SCR design is experimentally demonstrated. The tunability of the SCR trigger voltage with reference to the nMOS breakdown voltage is exploited to improve the human body model (HBM) ESD failure threshold of an output buffer from 1500 to 5000 V     

Effect of total ionizing dose radiation on the 0.25μm RF PDSOI nMOSFETs with thin gate oxide

Thin gate oxide radio frequency (RF) PDSOI nMOSFETs that are suitable for integration with 0.1 μm SO1 CMOS technology are fabricated, and the total ionizing dose radiation responses of the nMOSFETs having four different device structures are characterized and compared for an equivalent gamma dose up to 1 Mrad (Si), using the front and back gate threshold voltages, off-state leakage, transconductance and output characteristics to assess direct current (DC) performance. Moreover, the frequency response of these devices under total ionizing dose radiation is presented, such as small-signal current gain and maximum available/stable gain. The results indicate that all the RF PDSOI nMOSFETs show significant degradation in both DC and RF characteristics after radiation, in particular to the float body nMOS. By comparison with the gate backside body contact (GBBC) structure and the body tied to source (BTS) contact structure, the low barrier body contact (LBBC) structure is more effective and excellent in the hardness of total ionizing dose radiation although there are some sacrifices in drive current, switching speed and high frequency response.     

Design and performance of 0.1-μm CMOS devices usinglow-impurity-channel transistors (LICT's)

0.1-μm CMOS devices using low-impurity-channel transistors (LICTs) with dual-polysilicon gates have been fabricated by nondoped epitaxial growth technology, high-pressure oxidation of field oxide, and electron-beam lithography. These devices, with gate lengths of 0.135 μm, achieved normal transistor operation at both 300 and 77 K using 1.5-V supply voltage. Maximum transconductances are 203 mS/mm for nMOS transistors and 124 mS/mm for pMOS transistors at 300 K. Low-impurity channels grown on highly doped wells provide low threshold voltages of about 0.35 V for nMOS transistors and about -0.15 V for pMOS transistors at 77 K, and preserve good turn-offs with subthreshold swings of 25 mV/decade at 77 K. LICTs suppress short-channel effects more effectively, compared with conventional devices with nearly uniform dopings     

W/TiN Gate Thin-Film Fully-Depleted SOI CMOS Devices

TiN gate thin-film fully-depleted SOI CMOS devices are fabricated and discussed.Key process technologies are demonstrated.Compared with the dual polysilicon gate devices,the channel doping concentration of nMOS and pMOS can be reduced without changing threshold voltage (VT)，which enhances the mobility.Symmetrical VT is achieved by nearly the same VT implant dose because of the near mid-gap workfunction of TiN gate.The SCE effect is improved when the thin-film thickness is reduced.