热载流子应力下p-MOSFETs在低栅电压范围的统一退化模型

研究了低栅电压范围的热载流子统一退化模型.发现对于厚氧化层的p-MOSFETs主要退化机制随应力电压变化而变化,随着栅电压降低,退化机制由氧化层俘获向界面态产生转变,而薄氧化层没有这种情况,始终是界面态产生;此外退化因子与应力电压成线性关系.最后得出了不同厚度的p-MOSFETs的统一退化模型,对于厚氧化层,退化由电子流量和栅电流的乘积决定,对于薄氧化层,退化由电子流量决定.     

MOSFET不同厚度薄栅老化中 SILC的机制

通过对栅电流和栅电压漂移的测量 ,证明了均匀 FN应力老化后栅氧化层中陷阱呈非均匀分布 .不同厚度的栅氧化层产生 SIL C的机制不尽相同 ,薄栅以陷阱辅助隧穿为主 ,类 Pool- Frankel机制在厚二氧化硅栅中起主导作用 .     

MOSFET不同厚度薄栅老化中SILC的机制

通过对栅电流和栅电压漂移的测量，证明了均匀FN应力老化后栅氧化层中陷阱呈非均匀分布．不同厚度的栅氧化层产生SILC的机制不尽相同，薄栅以陷阱辅助隧穿为主，类Pool-Frankel机制在厚二氧化硅栅中起主导作用．     

关态应力下 P- MOSFETs的退化

研究了沟长从 0 .5 2 5 μm到 1.0 2 5 μm9nm厚的 P- MOSFETs在关态应力 ( Vgs=0 ,Vds<0 )下的热载流子效应 .讨论了开态和关态应力 .结果发现由于在漏端附近存在电荷注入 ,关态漏电流在较高的应力后会减小 .但是低场应力后关态漏电流会增加 ,这是由于新生界面态的作用 .结果还发现开态饱和电流和阈值电压在关态应力后变化很明显 ,这是由于栅漏交叠处的电荷注入和应力产生的界面态的影响 .Idsat的退化可以用函数栅电流 ( Ig)乘以注入的栅氧化层电荷数 ( Qinj)的幂函数表达 .最后给出了基于 Idsat退化的寿命预测模型     

Snapback应力对90nm nMOSFET栅氧化层完整性的影响

基于测试对snapback应力引起的栅氧化层损伤特性和损伤位置进行了研究.研究发现应力期间产生的损伤引起器件特性随应力时间以近似幂指数的关系退化.应力产生的氧化层陷阱将会引起应力引起的泄漏电流增加,击穿电荷减少,也会造成关态漏泄漏电流的退化.栅氧化层损伤不仅在漏区一侧产生,而且也会在源区一侧产生.热空穴产生的三代电子在指向衬底的电场作用下向Si-SiO2界面移动,这解释了源区一侧栅氧化层损伤的产生原因.     

衬底热空穴注入下的薄栅氧化层击穿特性

利用衬底热空穴(SHH)注入技术,分别定量研究了热电子和空穴注入对薄栅氧化层击穿的影响,讨论了不同应力条件下的阈值电压变化.阈值电压的漂移表明是正电荷陷入氧化层中,而热电子的存在是氧化层击穿的必要条件.把阳极空穴注入模型和电子陷阱产生模型统一起来,提出了薄栅氧化层的击穿是与电子导致的空穴陷阱相关的.研究结果表明薄栅氧化层击穿的限制因素依赖于注入热电子量和空穴量的平衡.认为栅氧化层的击穿是一个两步过程.第一步是注入的热电子打断Si一O键,产生悬挂键充当空穴陷阱中心,第二步是空穴被陷阱俘获,在氧化层中产生导电通路,薄栅氧化层的击穿是在注入的热电子和空穴的共同作用下发生的.     

衬底热空穴注入下的薄栅氧化层击穿特性

利用衬底热空穴 (SHH)注入技术 ,分别定量研究了热电子和空穴注入对薄栅氧化层击穿的影响 ,讨论了不同应力条件下的阈值电压变化 .阈值电压的漂移表明是正电荷陷入氧化层中 ,而热电子的存在是氧化层击穿的必要条件 .把阳极空穴注入模型和电子陷阱产生模型统一起来 ,提出了薄栅氧化层的击穿是与电子导致的空穴陷阱相关的 .研究结果表明薄栅氧化层击穿的限制因素依赖于注入热电子量和空穴量的平衡 .认为栅氧化层的击穿是一个两步过程 .第一步是注入的热电子打断 Si— O键 ,产生悬挂键充当空穴陷阱中心 ,第二步是空穴被陷阱俘获 ,在氧化层中产生导电通路     

关态应力下P-MOSFETs的退化

研究了沟长从0.525μm到1.025μm 9nm厚的P-MOSFETs在关态应力(Vgs＝0,Vds＜0)下的热载流子效应．讨论了开态和关态应力．结果发现由于在漏端附近存在电荷注入,关态漏电流在较高的应力后会减小．但是低场应力后关态漏电流会增加,这是由于新生界面态的作用．结果还发现开态饱和电流和阈值电压在关态应力后变化很明显,这是由于栅漏交叠处的电荷注入和应力产生的界面态的影响．Idsat的退化可以用函数栅电流（Iｇ）乘以注入的栅氧化层电荷数（Qinj）的幂函数表达．最后给出了基于Idsat退化的寿命预测模型．     

衬底热空穴耦合的薄栅TDDB效应

通过衬底热空穴 (SHH,Substrate Hot Hole)注入技术 ,对 SHH增强的薄 Si O2 层击穿特性进行了研究 .与通常的 F- N应力实验相比 ,SHH导致的薄栅氧化层击穿显示了不同的击穿特性 .其击穿电荷要比 F- N隧穿的击穿电荷大得多 ,栅氧化层的击穿电荷量与注入的空穴流密度和注入时空穴具有的能量以及栅电压有关 .这些新的实验结果表明 F- N应力导致的薄栅氧化层的击穿不仅由注入的空穴数量决定 .提出了一个全新的衬底热空穴耦合的TDDB(Tim e Dependent Dielectric Breakdown)模型     

衬底热空穴耦合的薄栅TDDB效应

通过衬底热空穴(SHH,Substrate Hot Hoel)注入技术,对SHH增强的薄SiO2层击穿特性进行了研究.与通常的F-N应力实验相比,SHH导致的薄栅氧化层击穿显示了不同的击穿特性.其击穿电荷要比F-N隧穿的击穿电荷大得多,栅氧化层的击穿电荷量与注入的空穴流密度和注人时空穴具有的能量以及栅电压有关.这些新的实验结果表明F-N应力导致的薄栅氧化层的击穿不仅由注入的空穴数量决定.提出了一个全新的衬底热空穴耦合的TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)模型.     

Snapback应力对90nm nMOSFET栅氧化层完整性的影响

基于测试对snapback应力引起的栅氧化层损伤特性和损伤位置进行了研究．研究发现应力期间产生的损伤引起器件特性随应力时间以近似幂指数的关系退化．应力产生的氧化层陷阱将会引起应力引起的泄漏电流增加，击穿电荷减少，也会造成关态漏泄漏电流的退化．栅氧化层损伤不仅在漏区一侧产生，而且也会在源区一侧产生．热空穴产生的三代电子在指向衬底的电场作用下向Si-SiO2界面移动，这解释了源区一侧栅氧化层损伤的产生原因．     

利用直接隧穿弛豫谱技术对超薄栅MOS结构中栅缺陷的研究

给出了超薄栅MOS结构中直接隧穿弛豫谱(DTRS)技术的细节描述,同时在超薄栅氧化层(＜3nm)中给出了该技术的具体应用.通过该技术,超薄栅氧化层中明显的双峰现象被发现,这意味着在栅氧化层退化过程中存在着两种陷阱.更进一步的研究发现,直接隧穿应力下超薄栅氧化层(＜3nm)中的界面/氧化层陷阱的密度以及俘获截面小于FN 应力下厚氧化层(＞4nm)中界面/氧化层陷阱的密度和俘获截面,同时发现超薄氧化层中氧化层陷阱的矩心更靠近阳极界面.     

利用直接隧穿弛豫谱技术对超薄栅MOS结构中栅缺陷的研究

给出了超薄栅MOS结构中直接隧穿弛豫谱(DTRS)技术的细节描述,同时在超薄栅氧化层(＜3nm)中给出了该技术的具体应用.通过该技术,超薄栅氧化层中明显的双峰现象被发现,这意味着在栅氧化层退化过程中存在着两种陷阱.更进一步的研究发现,直接隧穿应力下超薄栅氧化层(＜3nm)中的界面/氧化层陷阱的密度以及俘获截面小于FN 应力下厚氧化层(＞4nm)中界面/氧化层陷阱的密度和俘获截面,同时发现超薄氧化层中氧化层陷阱的矩心更靠近阳极界面.     

在厚SiO_2层中产生的界面态

本文给出了在某些具有厚SiO_2层(如场氧化层)的MOS结构中因辐照产生界面态的证据,其机理不同于以前在较薄的抗辐照加固栅氧化层中确认的那种低速两步过程。由新过程产生的界面态在辐照后迅速产生,与氧化物电场和极性无关,在室温和77K下的产生率大致相等。     

半开态直流应力作用下AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的失效机制分析

本文研究了半开态直流应力条件下,AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的退化机制。应力实验后,器件的阈值电压电压正漂,栅漏串联电阻增大。利用数据拟合发现,沟道电流的退化量与阈值电压及栅漏串联电阻的变化量之间有密切的关系。分析表明,阈值电压的退化是引起饱和区沟道电流下降的主要因素,对于线性区电流,在应力开始的初始阶段,栅漏串联电阻的增大导致线性区电流的退化,随后沟道电流退化主要由阈值电压的退化引起。分析表明,在半开态应力作用下,栅泄露电流及热电子效应使得电子进入AlGaN层,被缺陷俘获,进而导致沟道电流退化。其中反向栅泄露电流中的电子被栅电极下AlGaN层内的缺陷俘获,导致阈值电压正漂;而热电子效应则使得栅漏串联区电阻增大。     

含N超薄栅氧化层的击穿特性

研究了含N超薄栅氧化层的击穿特性.含N薄栅氧化层是先进行900C干氧氧化5min,再把SiO2栅介质放入1000C的N2O中退火20min而获得的,栅氧化层厚度为10nm.实验结果表明,在栅介质中引入适量的N可以明显地起到抑制栅介质击穿的作用.分析研究表明,N具有补偿SiO2中O3 Si@和Si3 Si@等由工艺引入的氧化物陷阱和界面陷阱的作用,从而可以减少初始固定正电荷和Si/SiO2界面态,因此提高了栅氧化层的抗击穿能力.     

衬底热空穴导致的薄栅介质经时击穿的物理模型研究

该文定量研究了热电子和空穴注入对薄栅氧化层击穿的影响,讨论了不同应力条件下的阈值电压变化,首次提出了薄栅氧化层的经时击穿是由热电子和空穴共同作用的结果,并对上述实验现象进行了详细的理论分析,提出了薄栅氧化层经时击穿分两步。首先注入的热电子在薄栅氧化层中产生陷阱中心,然后空穴陷入陷阱导致薄栅氧击穿。     

薄SiO2层击穿特性与临界陷阱密度

薄栅氧化层的退化、击穿与氧化层中和界面陷阱的产生相关.本文研究了在恒电流TDDB(Time-Dependent Dielectric Breakdown) 应力条件下8.9nm薄氧化层的电学特性退化、击穿情况.研究表明,电子在穿越SiO₂晶格时与晶格相互作用产生陷阱,当陷阱密度达到某一临界密度N_bd时,氧化层就击穿.N_bd可以用来表征氧化层的质量,与测试电流密度无关.击穿电量Q_bd随测试电流密度增大而减小可用陷阱产生速率的增长解释.临界陷阱密度N_bd随测试MOS电容面积增大而减小,这与统计理论相符.统计分析表明,对于所研究的薄氧化层,可看作由面积为2.56×10^-14cm²的"元胞"构成,当个别"元胞"中陷阱数目达到13个时,电子可通过陷阱直接隧穿,"元胞"内电流突然增大,产生大量焦耳热,形成欧姆通道,氧化层击穿.     

栅氧化层及界面电荷对SiC MOSFET阈值电压稳定性的影响

阈值电压不稳定是SiC MOSFET的一个主要问题，而栅氧化层及界面电荷是引起器件阈值电压不稳定的关键因素。结合三角波电压扫描法和中带电压法提取了SiC MOSFET中的栅氧化层陷阱电荷面密度、界面陷阱电荷面密度和可动电荷面密度随应力时间的变化量，总结了三种电荷面密度变化量在不同应力时间下的变化规律，分析了其对器件阈值电压不稳定性的影响，同时推测了长时间偏压作用下SiC MOSFET阈值电压稳定性的劣化机制。测试结果表明，栅氧化层陷阱电荷面密度、界面陷阱电荷面密度和可动电荷面密度在不同偏压温度下随应力时间的变化规律不同，常温应力下器件阈值电压稳定性劣化主要与栅氧化层陷阱电荷有关，而高温下，则主要与界面陷阱电荷有关。     

薄栅氧化层斜坡电压TDDB寿命评价

随着超大规模集成电路的不断发展，薄栅氧化层的质量对器件和电路可靠性的作用越来越重要。经时绝缘击穿（TDDB）是评价薄栅氧化层质量的重要方法。文章着重于薄栅氧化层TD-DB可靠性评价的斜坡电压试验方法的研究，基于斜坡电压实验，提取模型参数，分别利用线性场模型和定量物理模型，外推出工作电压下栅氧化层的寿命。通过分析斜坡电压实验时氧化层的击穿过程，提出斜坡电压实验时利用统一模型外推栅氧化层的寿命比较合适。