本文關鍵詞：0.18μm部分耗盡SOI H形柵NMOSFET常溫下熱載流子效應的研究

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【摘要】：SOI (Silicon On Insulator,絕緣體上硅)技術是自上世紀末以來集成電路領域興起的研究熱點,廣泛應用于航天、航空、軍工、汽車電子等行業(yè),具有明顯好于體硅材料的優(yōu)良特性。熱載流子效應(Hot-Carrier Effect, HCE)直接影響半導體器件的穩(wěn)定性和使用壽命,與半導體制造工藝、制備材料、器件結構、使用環(huán)境等均有直接關系,是集成電路尤其是軍品可靠性研究重點手段之一。SOI雖然具有其優(yōu)越性,但由于埋氧化層(BOX)的存在以及為了避免SOI浮體效應經(jīng)常會采用特殊的體接觸結構,使得SOI器件尤其是PD (Partially Depleted,部分耗盡)SOI器件的熱載流子效應的研究更加復雜,本文通過對0.18pm PD SOI H形柵NMOSFET進行加速應力試驗研究,觀察熱載流子效應下常用的不同寬長比結構的器件閾值電壓、最大跨導、漏端飽和電流三個參數(shù)與應力偏置條件、應力時間、器件結構之間的關系,旨在加速0.18μm PD SOI抗輻射器件和電路產品實用化進程,完成的主要工作成果如下：1)完善了SOI器件熱載流子試驗的系統(tǒng),補充并規(guī)范了試驗流程；2)修正了原有的熱載流子效應模型,完成大量的加速應力試驗,對測試數(shù)據(jù)進行提取和擬合,得出器件退化參數(shù)(器件閾值電壓、最大跨導、漏端飽和電流)與應力偏置(VGSstress、VDSstress)、應力時間(t)和溝道長度(L)、寬度(W)之間的關系；3)提出建立H形柵NMOSFET的TCAD器件模型,分析溝道橫向電場分布,解釋了PD SOI NMOSFET熱載流子效應的物理機制；將建立的熱載流子模型對標準0.18pm PD SOI工藝SPICE模型進行部分修正,用環(huán)振電路對器件模型進行了有效應用驗證,并獲得初步科研成果。SOI基器件熱載流子效應導致的參數(shù)退化量與加速試驗過程中的t、VGSstress和VDSstress采用了冪函數(shù)關系,而與溝道長度L則采用指數(shù)關系可更好的對熱載流子效應進行解釋,溝道寬度W對器件的退化基本沒有影響。
【關鍵詞】：熱載流子 SOI 加速應力試驗 可靠性 退化
【學位授予單位】：中國科學院大學(工程管理與信息技術學院)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN386
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-23
• 1.1 研究背景與意義9-13
• 1.1.1 課題研究的意義10-11
• 1.1.2 集成電路可靠性問題11-13
• 1.2 本課題的研究進展13-20
• 1.2.1 熱載流子效應研究進展13-15
• 1.2.2 SOI技術15-17
• 1.2.3 SPICE模型介紹與模型提取流程17-20
• 1.3 本文主要內容20-21
• 1.4 課題研究路徑與工作流程21-23
• 第二章 熱載流子效應模型23-33
• 2.1 熱載流子效應23-24
• 2.2 熱載流子效應的應力偏置分區(qū)24-25
• 2.3 幸運電子模型25-28
• 2.3.1 體硅中的幸運電子模型25-26
• 2.3.2 SOI中的幸運電子模型26-27
• 2.3.3 熱載流子效應模型的修正27-28
• 2.4 提參建模的數(shù)據(jù)篩選方法28-33
• 第三章 SOI CMOS器件熱載流子效應的測試方法33-55
• 3.1 試驗平臺35-42
• 3.1.1 工藝平臺35-38
• 3.1.2 測試平臺38-40
• 3.1.3 樣品的選擇與制備40-42
• 3.2 加速應力試驗42-50
• 3.2.1 應力偏壓條件的確定42-46
• 3.2.2 加速應力試驗的操作46-47
• 3.2.3 加速應力試驗的干擾47-50
• 3.3 加速應力試驗的初步結果50-55
• 第四章 SOI CMOS器件熱載流子效應的提參與建模55-75
• 4.1 SOI CMOS器件熱載流子效應的模型55-67
• 4.1.1 參數(shù)退化與應力加速時間(t)的關系55-59
• 4.1.2 參數(shù)變化與器件溝寬(W)的關系59-61
• 4.1.3 閾值電壓(V_(th))退化模型61-66
• 4.1.4 0.18μm PD SOI H形柵NMOSFET的熱載流子模型66-67
• 4.2 TCAD模型失效機理分析67-71
• 4.3 模型的驗證71-75
• 第五章 結論與展望75-77
• 5.1 結論75-76
• 5.2 展望76-77
• 參考文獻77-81
• 致謝81-83
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的論文與研究成果83

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本文編號：927846