Проектирование и конструирование полупроводниковых приборов ИС и БИС : проектирование и расчет КМОП-схем с коротким каналом

 

Ладыгин Е.А., Мурашев В.Н., Лагов П.Б. 
 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ 
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, 
 ИС И БИС 

Раздел: Проектирование и расчет КМОП-схем с коротким 
каналом 

Учебное пособие

МОСКВА, 2000

№ 1534

 
Кафедра полупроводниковой электроники и физики 
полупроводников 

Ладыгин Е.А., Мурашев В.Н., Лагов П.Б. 

Одобрено  
методическим  
советом института 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ 

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ, 
 ИС И БИС 

Раздел: Проектирование и расчет КМОП-схем с коротким 
каналом 

Учебное пособие 
по курсовому проектированию 

для студентов специальности 2002.00

МОСКВА, 2000

№ 1534

УДК 621.38.049.77.001.6 (075.8) 

АННОТАЦИЯ 

В пособии представлен метод расчета и анализа параметров 
КМОП-схем с минимальными топологическими размерами 1,25 мкм; 
учтен 
ряд 
основных 
параметров 
и 
физических 
эффектов, 
существенных 
для 
МОП-транзистора 
с 
коротким 
каналом: 
концентрация примеси в подложке, снижение потенциального 
барьера под действием стока, эффекты горячих электронов, 
пробивное напряжение переходов, насыщение скорости носителей 
и т. д. 
В пособии показано, как с помощью достаточно простых 
аналитических 
выражений 
можно 
определить 
базовые 
конструктивно-технологические 
параметры 
ИС 
и 
рассчитать 
динамические параметры весьма близкие к тем, которые дает более 
детальное моделирование по пакетам программ схемотехнического 
моделирования MicroCap и PSPIСE. 
Предполагается, что студенту известны физические принципы 
работы МОП-транзисторов, и поэтому они не рассматриваются. 
 
 

 Московский государственный 

институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС) 2000

СОДЕРЖАНИЕ 

1. Выбор базового структурно-топологического варианта 
МОП–транзистора …….………………………………………… 4 
2. Выбор степени легирования подложки ….………………….. 6 
3. Основные электрофизические параметры МОП-приборов 13 
3.1. Основные расчетные формулы …………………………….. 13 
3.2. Технологические режимы для задания порогового  
напряжения и напряжений инверсии ………………………..17 
4. Динамические параметры КМОП-приборов ………………. 27 
4.1. Обогащенный полевой транзистор с изолированным  
затвором и коротким каналом ………………………………. 27 
4.2. Переключательные характеристики КМОП-вентиля ……... 33 
4.3. Примеры расчета динамических параметров инверторов …41 
Заключение ………………………………….……………………… 49 
Список условных обозначений ………...………………………… 51 
 

1. ВЫБОР БАЗОВОГО СТРУКТУРНОТОПОЛОГИЧЕСКОГО ВАРИАНТА  
МОП-ТРАНЗИСТОРА 

Размеры 
базового 
структурно-топологического 
варианта 
МОП-транзистора с проектной нормой 1,25 мкм определяются топологическими и структурными ограничениями конкретной технологии, а также допусками на совмещение при фотолитографии. 
На рис. 1.1 показан фрагмент типового фотошаблона и соответствующие ему минимальные топологические размеры для p- и nканального транзисторов. Длины каналов p- и n-канальных транзисторов 
соответственно 
должны 
быть 
равны: 
Lp = 1,8 мкм; 
Ln = 1,6 мкм.  

 

Рис. 1.1. Фотошаблон МОП-транзистора  

После проведения всех технологических операций поперечное сечение структуры транзистора имеет вид, показанный на 

1. Выбор базового структурно-топологического варианта МОП-транзистора 

5

рис. 1.2. Важно отметить, что имплантированный слой, расположенный под защитным оксидом должен вплотную примыкать к активным областям прибора. Выполнение этого условия необходимо для 
предотвращения краевых токов утечки между областями стока и истока. Как для p- так и для n-канального транзистора размеры затвора 
и диффузионных областей истока – стока (И/С) подбираются так, 
чтобы эффективная длина канала Le составила 1 мкм. 

 

Рис. 1.2. Поперечное сечение прибора после изготовления: 
LG – длина затвора; LD – длина боковой диффузии; xj – глубина p – n-перехода;  
Lj – длина истока; tR – толщина защитного оксида; tox – толщина подзатворного 
оксида; tLOC – толщина локального оксида. 

Требуемые 
значения 
параметров 
n- 
и 
p-канальных  
МОП-транзисторов представлены в таблице: 

Параметры n- и p-канальных транзисторов, мкм 

Параметр
Тип транзистора

n-канальный 
p-канальный 

LG
1,3 
1,5 

LD
0,15
0,25

xj
0,2
0,3

Lj
4,0

Le
1