發(fā)布時間：2021-11-28 06:01

　　負偏壓溫度不穩(wěn)定性（Negative Bias Temperature Instability,NBTI）主要由界面缺陷和發(fā)生在柵電介質(zhì)缺陷中的空穴俘獲導致,會引起PMOS晶體管的閾值電壓、線性和飽和漏極電流、跨導以及亞閾值斜率等關(guān)鍵的電性能參數(shù)隨時間產(chǎn)生漸變的偏移,從而降低模擬、數(shù)字和存儲器電路的性能,器件和電路的壽命也隨之縮短。NBTI是影響納米工藝代MOS器件可靠性的關(guān)鍵物理效應,其研究對于集成電路設計具有重要的學術(shù)意義和應用價值。本論文基于解釋NBTI效應的反應擴散理論及其經(jīng)典模型,針對DC應力和低頻AC應力下納米工藝代MOS器件的NBTI退化行為,研究并提出用于描述器件閾值電壓退化量隨時間變化關(guān)系的新型解析模型,并通過實測數(shù)據(jù)驗證了上述模型的有效性。總結(jié)本文取得主要成果如下:一、提出并實現(xiàn)了可精準描述DC應力下NBTI長時恢復的解析模型。該模型突破了傳統(tǒng)解析模型的不足,增加了影響NBTI效應長時恢復趨勢的界面陷阱快速恢復、H2擴散系數(shù)隨時間衰減和H2鎖定效應等三個因素。該模型能有效擬合40納米工藝MOS器件的實測數(shù)據(jù)。該部分工作成果發(fā)表于SCI檢索期刊Microelectro... 

【文章來源】：華東師范大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

NBTI應力下，HKMG器件柵介質(zhì)橫截面示意圖

NBTI 退化的重要來源。本章將簡述 HKMG 器件中導致 NBTI 退化的界面陷柵氧化層陷阱的物理結(jié)構(gòu)，介紹用于描述界面陷阱產(chǎn)生機制的雙界面 RD 模用于解釋氧化層陷阱空穴捕獲機制的雙能阱模型及解析模型。2.1 造成 NBTI 退化的 陷分圖 2.1 顯示了 HKMG 器件的柵極絕緣體橫截面示意圖，以及構(gòu)成 NBT的各類缺陷的初期形式。HKMG 柵介質(zhì)層是堆疊結(jié)構(gòu)，由基于 SiON 的緩沖基于 HfO2的 High-k 層組成，在硅襯底和緩沖層界面處存在著由 H 鈍化的心，也就是 Si-H 鍵。其余在柵絕緣層中的鈍化缺陷可以被表達成 X-H。如述，X-H 鍵可能是 HKMG 器件中緩沖層和 High-k 介質(zhì)層的 HfSiON 過渡區(qū)Si-H 鍵，X 還可能是緩沖層和 High-k 層中的氮原子 N、氧原子 O 和各種氧Ov 相關(guān)的缺陷[67]。柵介質(zhì)中的 N 可能是在工藝中被有意引入的，也可能是化鈦(TiN)金屬柵極和氮化硅(SiN)邊墻擴散而來。

9.2展示了不同氧空位缺陷的原子排序以及相應由密度泛函理論計算布情況。如圖所示，在 SiO2中兩個 Si 原子總是通過一個 O 原子子丟失時，這兩個 Si 原子之間的共價鍵就成為了氧空位 Ov(Si-Si)；子和一個 Si 原子之間丟失一個 O 原子，將產(chǎn)生氧空位 Ov(HHS)；子和一個 Hf 原子之間丟失一個 O 原子，將產(chǎn)生氧空位 Ov(HSS)；在，三個 Hf 原子之間或者四個 Hf 原子之間丟失一個氧原子，將形成配位的氧空位，即 Ov(3c)和 Ov(4c)。由于結(jié)構(gòu)弛豫效應，上述氧空電子。圖 2.2 中給出了各種情況下的陷阱能級。需要注意的是，僅當 2.2 HKMG 器件柵極堆棧結(jié)構(gòu)中的原子排序和相關(guān)氧空位的分布；基于泛函理論，對應不同電子占據(jù)情況的各種氧空位缺陷的能級分布情況[67]


本文編號：3523851