發(fā)布時(shí)間：2021-07-07 15:12

　　高k介質(zhì)金屬柵工藝器件的熱載流子注入（HCI）效應(yīng)已經(jīng)表現(xiàn)出與成熟工藝不同的退化現(xiàn)象和失效機(jī)理。對(duì)不同柵電壓下n型和p型金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）的飽和漏電流退化情況,以及器件的退化效應(yīng)進(jìn)行測(cè)試和分析。通過分析襯底電流和柵電流在不同柵電壓下的變化趨勢(shì)對(duì)失效機(jī)理進(jìn)行探討,分析其對(duì)飽和漏電流退化的影響。研究結(jié)果表明,在高k介質(zhì)金屬柵工藝器件的HCI測(cè)試中,器件退化不再是受單一的老化機(jī)理影響,而是HCI效應(yīng)、偏置溫度不穩(wěn)定（BTI）效應(yīng)綜合作用的結(jié)果。HCI測(cè)試中,在不同測(cè)試條件下失效機(jī)理也不再唯一。研究結(jié)果可為高k介質(zhì)金屬柵工藝下器件可靠性測(cè)試中測(cè)試條件的選擇以及準(zhǔn)確的壽命評(píng)估提供參考。 

【文章來源】：半導(dǎo)體技術(shù). 2020,45(04)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

成熟工藝HCI測(cè)試中Idsat退化情況

圖2為高k介質(zhì)金屬柵工藝NMOS管Idsat退化情況。如圖2所示,在高k介質(zhì)金屬柵工藝器件中,柵極電壓從Vt(0.2Vop)增加到Vop過程中,表現(xiàn)出的Idsat退化情況與成熟工藝器件所表現(xiàn)的相同,而且在這個(gè)范圍內(nèi),Vg@Ib,max時(shí)退化較大。但是隨著Vg繼續(xù)增加到1.5Vop,Vg=Vd時(shí)的退化已經(jīng)超過Vg@Ib,max時(shí),成為使HCI效應(yīng)最嚴(yán)重的柵壓應(yīng)力條件,即最壞柵壓應(yīng)力條件,這與成熟工藝中已經(jīng)有所不同。同樣地,相對(duì)于0.35 μm工藝NMOS器件,最壞柵壓應(yīng)力條件為0.4Vd<Vg<0.5Vd[11];對(duì)于溝道長(zhǎng)度大于 0.25 μm的NMOS 器件,最壞柵壓應(yīng)力為Vd的0.4 ～ 0.55倍[12]。可見同條件下高k介質(zhì)金屬柵工藝器件的退化機(jī)理和方式相對(duì)于成熟工藝的輸入/輸出器件來說已經(jīng)發(fā)生了變化。為探究這個(gè)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象以及高k介質(zhì)金屬柵工藝器件的HCI失效機(jī)理,進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)。

圖3為NMOS管襯底電流Ib隨Vg的變化。如圖3所示,在漏端加載1.5Vop電壓,柵極加載電壓逐步加大,電壓的范圍為0～1.5Vop,當(dāng)柵電壓加載電壓為1.5Vop時(shí),襯底電流相對(duì)于Vg@Ib,max條件下的襯底電流來說非常微弱,此時(shí)漏端碰撞電離產(chǎn)生的HCI效應(yīng)并不是最強(qiáng),但在該條件下飽和漏電流的退化情況卻是最大,此時(shí)漏端碰撞電離產(chǎn)生的HCI效應(yīng)并不足以使Idsat退化超過Vg@Ib,max條件。其次,在NMOS管的柵極加載1.5Vop電壓,在源、漏端加載0 V電壓時(shí),測(cè)得NMOS管的PBTI效應(yīng)對(duì)于Idsat退化的影響,如圖4所示。在這種測(cè)試條件下所造成的Idsat退化非常微弱,并不足以使退化超過負(fù)載電壓為Vg@Ib,max下的退化結(jié)果,即在這種測(cè)試條件下PBTI效應(yīng)并不是起主導(dǎo)作用。所以,在Idsat退化最大時(shí)PBTI效應(yīng)的影響也并不是最主要的因素。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于低頻噪聲的65nm工藝NMOS器件熱載流子注入效應(yīng)分析[J]. 何玉娟,劉遠(yuǎn),章曉文.  半導(dǎo)體技術(shù). 2019(07)
[2]深亞微米NMOS/SOI熱載流子效應(yīng)及壽命預(yù)測(cè)[J]. 顏志英,張敏霞.  浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2003(02)

博士論文
[1]MOSFET熱載流子退化效應(yīng)的研究[D]. 陳勇.電子科技大學(xué) 2001

碩士論文
[1]NMOS器件熱載流子效應(yīng)研究[D]. 曹成.西安電子科技大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3269864