深亞微米集成電路中的熱載流子注入（HCI）的損傷機(jī)理及評價方法學(xué).pdf

1、本篇論文主要的目的是研究深亞微米器件的熱載流子的可靠性問題。采用先進(jìn)的0．18um及0．15um工藝技術(shù)的器件，進(jìn)一步探討器件尺寸減小對器件可靠性的影響。 隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展，器件特征尺寸縮小的優(yōu)點(diǎn)，諸如器件密度的上升、成本的下降及器件擁有較大的驅(qū)動電流等。但隨之而來的超薄氧化層所造成的漏電流效應(yīng)及短溝道效應(yīng)，卻在可靠性方面產(chǎn)生嚴(yán)重的問題。以0．18um和0．15umZE藝技術(shù)器件為例，溝道長度已縮小至(0．18um及0．

2、15urn)，而柵極氧化層也在20～50A左右，此時器件的熱載流子效應(yīng)是否和長溝道器件的一致，及超薄氧化層所造成的漏電流效應(yīng)，對元件可靠性的影響，都是值得注意的問題。 本篇論文將分成五章展開討論。第一章將簡要的介紹熱載流子效應(yīng)。一些關(guān)于熱載流子效應(yīng)的相關(guān)基本資料將在此章中一一介紹。第二章將詳細(xì)介紹傳統(tǒng)的熱載流子效應(yīng)，包括其產(chǎn)生機(jī)理。第三章主要是討論NMOSFET深亞微米器件受熱載流子效應(yīng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展到0．1

3、8微米時，器件受到熱載流效應(yīng)的影響而將會有新的物理現(xiàn)象的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，器件最嚴(yán)重退化的程度不再是固定在測量Vd值為0．1V而是Vd，p>O．1V。且當(dāng)器件工作在較高的環(huán)境溫度和外加襯底偏壓時，此現(xiàn)象更為嚴(yán)重。本篇論文利用一些簡單的公式分析了形成這一新現(xiàn)象的一些物理原理。隨著測量Vd值的增加，速度飽和區(qū)(velocnysaturationregion)所造成的屏蔽效應(yīng)(saturation regioneffect)和較少的界面陷阱電荷

4、(chargedinterfacestates)將緩解器件的衰退程度。然而漏極區(qū)(drainregion)溝道內(nèi)載流子的數(shù)量卻會隨著測量Vd值的增加而減少，導(dǎo)致退化程度更加嚴(yán)重。所以Vd，p>O．1V的現(xiàn)象便是由這兩種機(jī)制相互作用所造成的。第四章是討論何種機(jī)制將造成PMOSFET在較高柵極偏壓情沉下加速退化的現(xiàn)象。經(jīng)由實(shí)驗結(jié)果驗證，對PMOS器件而言，當(dāng)器件的偏壓在較高的柵極電壓時，超薄氧化層將導(dǎo)致柵極電子滲透到溝道中，與溝道中的空穴產(chǎn)

5、生復(fù)合(即所謂的俄歇復(fù)合效應(yīng))，而電子空穴復(fù)合產(chǎn)生的能量，將會導(dǎo)致更嚴(yán)重的熱載流子效應(yīng)。研究顯示，當(dāng)器件工作在較高的環(huán)境溫度及較低的偏壓情況時，此效應(yīng)會更加的嚴(yán)重。此外，F(xiàn)-N隧穿電流對高偏壓的柵極器件可靠性有一定程度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)—N隧穿電流對器件可靠性影響的嚴(yán)重程度受隧穿電流中空穴流成份多寡的影響。所以造成其對PMOSFET所造成的影響大于NMOSFET。在第五章中介紹了熱載流子效應(yīng)的檢測和評價方法，引入傳統(tǒng)的I-V特性測試方