基于标准数字工艺的3D FinFET MOS电容电路线性度补偿技术研究

In the standard digital technology, the realization of capacitor in RF / analog / mixed signal integrated circuits with MOS gate capacitance is an important SoC research direction to improve the degree of integration, reduce the cost of chip. With advanced 3D FinFET MOS digital technology, the project will use nonlinear regression method to set up the 3D FinFET MOS gate depletion capacitance abstract model and embed it into Spice. At the same time, three complementary FinFET MOS capacitors’ simulation and analysis will be given. Then, research of linear degree compensation feasibility and accuracy will be given to realize a new type structure to compensate 3D FinFET MOS depletion gate capacitance. What’s more, a novel complementary 3D FinFET MOS capacitor structure of switched capacitor integrator circuit is designed to verify the advantages and disadvantages of linearity compensation of 3D FinFET MOS capacitor in actual analog / RF circuit applications. Based on the comparative analysis of MIM capacitor switched capacitor integrator circuit and evaluation after, the capacitance will provide theoretical and practical guidance below 20nm in SoC design applications.

在标准数字工艺下，采用MOS栅电容实现射频/模拟/混合信号集成电路中电容元件是提高SoC集成度，降低芯片成本的重要研究方向。本项目基于先进的3D FinFET MOS数字工艺，从耗尽状态栅电容物理方程出发，利用非线性回归方法实现FinFET MOS耗尽栅电容抽象模型构建并完成该模型的SPICE嵌入。同时，基于该模型仿真分析三种互补FinFET MOS电容性能参数与工艺参数间相互关系；研究电路形式补偿FinFET MOS耗尽栅电容线性度的可行性及补偿精度；探讨一种结合3D FinFET MOS数字工艺特点的新型互补FinFET MOS电容结构。通过对基于新型互补3D FinFET MOS电容的开关电容积分器与基于MIM电容的开关电容积分器的对比，分析经过线性度补偿后的FinFET MOS电容在实际模拟/射频电路应用中优劣势，为该类电容在20nm以下SOC设计中的应用提供理论和实践指导。

在标准数字工艺下，采用MOS栅电容实现射频/模拟/混合信号集成电路中电容元件是提高SoC集成度，降低芯片成本的重要研究方向。本项目针对基于标准数字工艺的3D FinFET MOS 电容电路的线性度补偿技术问题，主要研究内容包括:.(a) 3D FinFET MOS 耗尽状态栅电容模型的建立及C~V、C~T 特性分析；.(b) 3D FinFET MOS 反型状态栅电容模型搭建；.(c) 基于3D FinFET MOS栅电容模型的亚阈区导电特性分析；.(d) 3D FinFET MOS 耗尽状态栅电容的电路补偿技术研究；. 根据项目的最主要研究内容，主要的取得研究成果包括：1）考虑栅极与源极/漏极间的侧墙电容和量子电容的3D SOI-FinFET器件栅电容模型；2）考虑不同栅源、源漏电压下的3D SOI-FinFET器件栅电容模型修正；3）通过3D SOI-FinFET栅电容模型完成器件亚阈值特性研究，得到亚阈值摆幅与衬底厚度和埋氧化层厚度近似为线性关系，亚阈值摆幅随栅长的增大而减小；4）通过补偿技术实现3D SOI-FinFET器件栅电容线性度的提高；相比于单个FinFET电容，补偿后FinFET电容在耗尽区和反型区均降低了电压相关性。5）通过反相器-积分器电路实现开关电容结构验证3D FinFET栅电容补偿电路的可行性；3D FinFET栅电容串联补偿电容、并联补偿电容电路能完成基本的积分器电路功能。. 针对20nm 以下先进工艺中射频/模拟/混合信号电路中的电容应用需求，基于3DFinFET MOS 标准数字工艺研究采用3D FinFET MOS栅电容实现满足电路设计应用要求的高性能有源电容元件对提高集成电路的集成度和降低系统芯片的面积非常具有应用价值和研究意义。