深亞微米集成電路中的熱載流子注入（HCI）的損傷機理及評價方法學.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。采用先進的0．18um及0．15um工藝技術的器件，進一步探討器件尺寸減小對器件可靠性的影響。 隨著半導體工藝技術的發(fā)展，器件特征尺寸縮小的優(yōu)點，諸如器件密度的上升、成本的下降及器件擁有較大的驅動電流等。但隨之而來的超薄氧化層所造成的漏電流效應及短溝道效應，卻在可靠性方面產(chǎn)生嚴重的問題。以0．18um和0．15umZE藝技術器件為例，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，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。一些關于熱載流子效應的相關基本資料將在此章中一一介紹。第二章將詳細介紹傳統(tǒng)的熱載流子效應，包括其產(chǎn)生機理。第三章主要是討論NMOSFET深亞微米器件受熱載流子效應的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當半導體技術發(fā)展到0．1

3、8微米時，器件受到熱載流效應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(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，導致退化程度更加嚴重。所以Vd，p>O．1V的現(xiàn)象便是由這兩種機制相互作用所造成的。第四章是討論何種機制將造成PMOSFET在較高柵極偏壓情沉下加速退化的現(xiàn)象。經(jīng)由實驗結果驗證，對PMOS器件而言，當器件的偏壓在較高的柵極電壓時，超薄氧化層將導致柵極電子滲透到溝道中，與溝道中的空穴產(chǎn)

5、生復合(即所謂的俄歇復合效應)，而電子空穴復合產(chǎn)生的能量，將會導致更嚴重的熱載流子效應。研究顯示，當器件工作在較高的環(huán)境溫度及較低的偏壓情況時，此效應會更加的嚴重。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的檢測和評價方法，引入傳統(tǒng)的I-V特性測試方