NMOS器件熱載流子效應(yīng)研究.pdf

1、超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，迫切要求提高整個(gè)電路系統(tǒng)及單個(gè)器件的性能與可靠性，這是因?yàn)榧呻娐肥怯稍骷M成的，單個(gè)器件的性能與質(zhì)量直接決定系統(tǒng)的可靠性。熱載流子效應(yīng)作為重要的可靠性問題之一，通過縱向與橫向的高強(qiáng)度電場(chǎng)能夠破壞器件氧化層的質(zhì)量，降低使用壽命，不僅會(huì)導(dǎo)致閾值電壓、最大跨導(dǎo)以及飽和漏電流等標(biāo)志器件可靠性的參數(shù)漂移，還會(huì)引起柵泄漏電流的增大，嚴(yán)重影響電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，因而，對(duì)熱載流子效應(yīng)進(jìn)行深入的研究具有重要的意義。<

2、br>　　本論文針對(duì)NMOS器件中的熱載流子效應(yīng)以及HCI應(yīng)力導(dǎo)致的柵泄漏電流SILC的退化進(jìn)行了深入的探究。先從HCI效應(yīng)的本質(zhì)出發(fā)，探討引起NMOSFET失效的HCI物理機(jī)制，闡述 NMOSFET內(nèi)部熱載流子的產(chǎn)生方式與運(yùn)動(dòng)規(guī)律，重點(diǎn)介紹了有關(guān) HCI效應(yīng)的重要模型，經(jīng)典的物理模型包括襯底電流模型和幸運(yùn)電子模型，指出這兩種模型分別從襯底電流及柵電流兩個(gè)方面來描述熱載流子的運(yùn)動(dòng)過程；其次給出有關(guān)探究NMOSFET熱載流子效應(yīng)的不同測(cè)試

3、方法，針對(duì)Silvaco仿真軟件進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，指出該軟件對(duì)于研究NMOS器件熱載流子效應(yīng)的重要輔助作用。
　　通過對(duì)柵氧厚度為4nm的NMOS器件進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)合仿真軟件的模擬結(jié)果，研究器件的溝道長(zhǎng)度、溝道寬度、應(yīng)力條件等對(duì)襯底電流及柵電流的影響，由此確定導(dǎo)致器件熱載流子效應(yīng)最為嚴(yán)重的最壞 HCI應(yīng)力條件，并研究了最壞應(yīng)力條件與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，深入分析了溝道長(zhǎng)度對(duì)最壞柵壓的影響以及導(dǎo)致應(yīng)力條件轉(zhuǎn)變的物理機(jī)制；通過間

4、斷應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，研究了 NMOS器件在熱載流子應(yīng)力下的參數(shù)退化，主要有閾值電壓正向漂移、最大跨導(dǎo)減小以及飽和漏電流降低等，并研究了HCI應(yīng)力作用下柵泄漏電流退化的機(jī)制，認(rèn)為造成SILC漂移的重要因素是柵氧化層中陷阱電荷的增加，并通過實(shí)驗(yàn)證明了熱載流子效應(yīng)能夠引起NMOS器件的SILC隨應(yīng)力時(shí)間以指數(shù)規(guī)律增大，結(jié)合襯底電流模型與幸運(yùn)電子模型，將SILC的漂移與閾值電壓、襯底電流峰值的漂移進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)它們擬合成一條直線，這說明熱載流子效應(yīng)