Vylepšení elektrických vlastností MOSFET součástek v integrovaných obvodech pomocí topologie

Abstract

V současnosti jsou kritéria na ekologii a ochranu životního prostředí velmi přísná a je nezbytné je dodržovat. Avšak, i navzdory zavedeným pravidlům, vlastní iniciativou můžeme předcházet možným životním katastrofám, jako je tomu v této doktorské práci. Žít v zdravém životním prostředí je důležité pro každého z nás, a proto se tato práce zaměřuje na výzkum v oblasti vylepšení elektrických vlastností integrovaných polem řízených tranzistorů (MOSFET), která v konečném důsledku sníží, jak tlak na životní prostředí, tak i finanční náklady při výrobě integrovaných obvodů (IO). Snížení výrobních nákladů a tlaku na životní prostředí je dosaženo použitím menších ploch křemíkových desek při zachování původní funkčnosti čipu. Toho je dosaženo použitím pokročilých kosočtvercových topologií MOS tranzistorů (DLS MOSFETů) na integrovaném čipu, která jsou předmětem této práce. V této práci jsou představeny tři zásadní inovativní znalosti týkajících se DLS MOS transistorů, kterými jsou: nové analytické popsání efektivního poměru stran DLS MOSFETů, navržené řešení jak zlepšit elektrické vlastností u MOSFETů a nový přesný model efektivních změn prahového napětí v DLS MOSFETech. Všechny výše zmíněné body jsou zásadní pro vysoce kvalitní návrh integrovaných obvodů s DLS MOSFETy a jsou prvně publikovány v této práci. Nový inovativní přístup výpočtu efektivního poměru stran je založen na Schwarz-Christoffelově (SC) transformaci. V této práci je jak číselnými výpočty či 3D TCAD simulacemi, tak i měřením pozorováno a prokázáno, že nově prezentovaný přístup dosahuje lepších výsledků, než-li tomu je u jiného přístupu založeným na podélných paralelních rohových jevech (LCE) a paralelních asociaci MOSFETů s různou délkou kanálu (PAMDLE). Měření na reálných vzorcích také prokázala, jak zmíněné vylepšení, tak i změny efektivního napětí v DLS MOSFETech. Za tímto účelem bylo vyrobeno 1 124 vzorků v 160nm BCD technologickém procesu.

At present, the criteria for ecology and vital environment protection are rigorous and must be respected. However, despite the established rules, our initiative can prevent potential life disasters, as it is in this doctoral thesis. Living in a healthy environment is essential for all of us, and therefore this thesis focuses on research into improvements in the electrical properties of integrated field-controlled transistors (MOSFET), which will ultimately reduce both environmental pressure and financial costs in the production of integrated circuits (IC). Reducing manufacturing costs and pressure on the environment is achieved by using smaller silicon wafer surfaces while retaining the original chip functionality. This is achieved by using the advanced diamond layout shape (DLS) gate pattern of MOS transistors (DLS MOSFETs) on the IC chip design that is subject of this thesis. In this thesis, there are presented three innovative crucial knowledge of the DLS MOSFETs, such us novel analytical descriptions of the effective aspect ratio of DLS MOSFET, the way how to improve electrical performances of the MOSFETs, and the new precise model of the effective threshold voltage changes in the DLS MOSFETs. All these points are essential for the high-quality level design of integrated circuits with DLS MOSFETs and are defined for the first time in this thesis. The new innovative approach of the effective aspect ratio calculation is based on the Schwarz-Christoffel (SC) transformation. It has been observed and proved by numerical calculations, 3D TCAD simulations, and measurements that the newly presented approach achieves much better results than already one existing method based on the longitudinal (parallel) corner effect (LCE) and parallel association of MOSFET with different channel length effect (PAMDLE). The measures have also demonstrated both the mentioned improvements and the effective threshold voltage changes in the DLS MOSFETs, respectively, where