【摘要】：可靠性對(duì)幾乎所有的集成電路產(chǎn)品來(lái)說(shuō)都是一個(gè)重要的要求,尤其是在惡劣環(huán)境條件下,電子系統(tǒng)中芯片的可靠性必須達(dá)到更高的要求。因此集成電路廠商在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中對(duì)各種可靠性問(wèn)題進(jìn)行了重點(diǎn)的關(guān)注。隨著工藝尺寸的不斷縮小,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)材料已經(jīng)非常接近其本身的物理極限和可靠性極限。在深亞微米級(jí)和納米級(jí)工藝節(jié)點(diǎn),可靠性帶來(lái)的挑戰(zhàn)越來(lái)越受到人們的重視�；谝陨媳尘�,本文以深亞微米CMOS集成電路的可靠性評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)技術(shù)為研究課題,從CMOS集成電路的各種可靠性問(wèn)題入手,重點(diǎn)研究了熱載流子效應(yīng)、經(jīng)時(shí)擊穿、負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性、電遷移和輻射效應(yīng)的物理模型,失效機(jī)理和測(cè)試結(jié)構(gòu)。深入分析了65nm CMOS工藝的熱載流子效應(yīng),經(jīng)時(shí)擊穿效應(yīng),以及0.13μm工藝的鐵電存儲(chǔ)器的總劑量輻射效應(yīng)。具體內(nèi)容如下:對(duì)于工藝可靠性的問(wèn)題,詳細(xì)研究了熱載流子效應(yīng)、經(jīng)時(shí)擊穿、負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性、電遷移四種失效模式的物理模型,失效機(jī)理和測(cè)試結(jié)構(gòu)。其中,對(duì)熱載流子效應(yīng)和經(jīng)時(shí)擊穿進(jìn)行了深入研究。對(duì)65nm CMOS工藝的器件的熱載流子效應(yīng)進(jìn)行了加速壽命試驗(yàn)和壽命預(yù)測(cè);對(duì)比研究了熱載流子對(duì)環(huán)形柵和條形柵NMOS器件的性能退化的影響;以及分析了冷載流子和熱載流子對(duì)器件的性能影響的差別和相應(yīng)的物理機(jī)理。同時(shí),對(duì)65nm CMOS工藝的柵氧的經(jīng)時(shí)擊穿進(jìn)行了加速壽命試驗(yàn)和壽命預(yù)測(cè);對(duì)影響MOS器件經(jīng)時(shí)擊穿的各種因素進(jìn)行了特性分析;以及研究了襯底熱載流子對(duì)柵氧經(jīng)時(shí)擊穿的影響。對(duì)于器件的輻射效應(yīng)問(wèn)題,詳細(xì)研究了鐵電存儲(chǔ)器的總劑量輻射效應(yīng)。開(kāi)展了全芯片~(60)Coγ射線(xiàn)總劑量效應(yīng)試驗(yàn);另外,由于鈷源不能單獨(dú)對(duì)鐵電陣列和外圍各電路模塊進(jìn)行輻照,故開(kāi)展了局部輻照試驗(yàn)研究,主要包括X射線(xiàn)微束試驗(yàn)和電子加速器鋁膜屏蔽試驗(yàn);深入分析了鐵電存儲(chǔ)器各電路模塊的輻射敏感性和失效機(jī)理;對(duì)比研究了不同輻射源的差異性和應(yīng)用特點(diǎn)。基于對(duì)深亞微米CMOS集成電路的各種可靠性問(wèn)題的詳細(xì)研究,開(kāi)展了可靠性加固設(shè)計(jì)研究,包括抗總劑量加固設(shè)計(jì)研究,抗熱載流子退化加固設(shè)計(jì)研究以及提高柵介質(zhì)可靠性的方法研究。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN386
【圖文】：

CMOS 工藝的性能更好，以適應(yīng)在許多高級(jí)應(yīng)用中速度、耗以及成本的需求[1]。然而，隨著生產(chǎn)工藝技術(shù)進(jìn)入深亞微列的問(wèn)題也隨之而來(lái)。一方面，隨著特征尺寸的減小，電，器件內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度和電流密度持續(xù)的增加；另一方面的引入，產(chǎn)生了一些還不可知的新的可靠性問(wèn)題，因此，規(guī)模集成電路（Very Large Scale Integration, VLSI）發(fā)展所[2]。市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的可靠性水平提出了越來(lái)越高的要求。特別是域的集成電路產(chǎn)品，由于其應(yīng)用環(huán)境的特殊性，對(duì)產(chǎn)品在設(shè)節(jié)的可靠性水平提出了更高的要求。在過(guò)去幾十年里，市間的變化情況如圖 1-1 所示。在過(guò)去，能夠達(dá)到市場(chǎng)失效率是非常充足的，也就是說(shuō)基于加速應(yīng)力試驗(yàn)，在工藝環(huán)節(jié)隨著 CMOS 工藝的特征尺寸進(jìn)入到 65nm 及以下水平，工的減小，在某些情況下甚至降低到零[2]。這就需要研究人員可靠性余量，并改變可靠性評(píng)價(jià)方法以獲得新的可靠性余量

研究了熱載流子注入、經(jīng)時(shí)擊穿、負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性、電遷移和就這五種可靠性問(wèn)題的概念、失效機(jī)制和物理機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)的闡述流子注入熱載流子注入概述著 MOS 器件的特征尺寸縮小到亞微米級(jí)和納米級(jí)，熱載流子注入成靠性問(wèn)題之一。熱載流子注入主要是由在靠近漏極區(qū)域附近的溝道引起的，這個(gè)高電場(chǎng)造成了反型層中的電子（NMOS 器件）被加速得足夠的能量以翻越 Si-SiO2勢(shì)壘進(jìn)入柵氧化層。這些獲得能量的載載流子，進(jìn)入柵氧化層的熱載流子會(huì)引起 MOS 器件的 I-V 特性退化如飽和漏電流 Idsat，閾值電壓 Vth和跨導(dǎo) Gm等），如圖 2-1 所示。熱應(yīng)在短溝道器件中是非常顯著的現(xiàn)象，然而在 90nm 及以下的先進(jìn)層的熱載流子效應(yīng)與溫度、柵氧厚度的相關(guān)性及其退化機(jī)理與老m 及以上節(jié)點(diǎn)）相比具有不一樣的特性。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2738888