MOSFET的热载流子损伤及其退火

对国内常规54HC工艺制作的PMOSFET进行了F-N热载流子注入损伤实验,研究了MOSFET跨导、阈电压等参数随热载流子注入的退化规律,特别是从微观氧化物电荷和界面态变化对阈电压影响角度,对国内外较少见报道的MOSFET热载流子损伤在室温和高温(100°C)下的退火特性进行了研究,并从该角度探讨了MOSFET热载流子注入产生氧化物电荷和界面态的特性。     

MOSFET开态热载流子效应可靠性

综述了近年来ＭＯＳＦＥＴ的热载流子效应和可靠性的问题。总结了几种热载流子,并在此基础上详细讨论了热载流子注入（ＨＣＩ）引起的退化机制。对器件寿命预测模型进行了总结和讨论。为ＭＯＳＦＥＴ热载流子效应可靠性研究奠定了基础。     

STUDY ON THE RELATION BETWEEN STRUCTURE AND HOT CARRIER EFFECT IMMUNITY FOR DEEP SUB-MICRON GROOVED GATE NMOSFET’s

Grooved gate structure Metal-Oxide-Semiconductor(MOS) device is considered as the most promising candidate used in deep and super-deep sub-micron region,for it can suppress hot carrier effect and short channel effect deeply.Based on the hydrodynamic energy transoprt model,using two-dimensional device simulator Medici,the relation between structure parameters and hot carrier effect immunity for deep-sub-micron N-channel Mosfet‘s is studied and compared with that of counterpart conventional planar device in this paper.The examined structure parameters include negative junction depth,conventinal planar device in this paper.The examined structure parameters include negative junction depth,concave corner and effective channel length.Simulation results show that grooved gate device can suppress hot carrier effect is strongly influenced by the concave corner and channel length for grooved gate device.With the increase of concave corner,the hot carrier effect in groovd gate MOSFET decreases sharply,and with the reducing of effective channel length,the hot carrier effect becomes large.     

双层场板长漂移区LDMOS热载流子退化研究

以中国科学院微电子研究所开发的双层场板长漂移区LDMOS为研究对象,通过长效(Long-term)可靠性实验展示了其特殊性退化过程,即I_(dss)快速下降—略微增长—再缓慢下降。通过TCAD仿真对双层场板长漂移区LDMOS的特殊退化现象进行仿真与分析,展示了器件内部物理量的变化。从理论上阐明了双层场板长漂移区LDMOS热载流子退化机理并对其特殊退化过程进行了解释说明。     

SOINMOSFET沟道热载流子的应力损伤

研究了沟道热载流子应力所引起的SOI NMOSFET的损伤,发现在中栅压应力（Vg≈Vd/2）和高栅压应力（Vg≈Vd）条件下,器件损伤表面出单一的幂律规律;而在低栅压应力（Vgs≈Vth)下,多特性的退化规律便会表现出来。同时,应力漏电压的升高、应力时间的延续都会导致退化特性的改变。这使预测SOI器件的寿命变得非常困难。     

热载流子应力下n-MOSFET线性漏电流的退化

研究了不同沟道和栅氧化层厚度的n-M O S器件在衬底正偏压的VG=VD/2热载流子应力下,由于衬底正偏压的不同对器件线性漏电流退化的影响。实验发现衬底正偏压对沟长0.135μm,栅氧化层厚度2.5 nm器件的线性漏电流退化的影响比沟长0.25μm,栅氧化层厚度5 nm器件更强。分析结果表明,随着器件沟长继续缩短和栅氧化层减薄,由于衬底正偏置导致的阈值电压减小、增强的寄生NPN晶体管效应、沟道热电子与碰撞电离空穴复合所产生的高能光子以及热电子直接隧穿超薄栅氧化层产生的高能光子可能打断S i-S iO2界面的弱键产生界面陷阱,加速n-M O S器件线性漏电流的退化。     

漏雪崩应力热载流子注入引起的MOSFET退变特性研究

本对亚微米ＭＯＳＦＥＴ在漏雪崩恒流应力（ＤＡＳ）条件下热载流子注入引起的退变现象做了实验研究，实验结果表明：在一般的恒流应力条件下，栅氧化层中由空穴注入形成的空穴陷阱电荷对器件特起主要影响作用，恒流应力过程中，任何附加的电子注入都可使器件退变特性发生明显变化。实验结果还证实，漏雪崩应力期间形成的空穴陷阱电荷可明显降低器件栅氧化层的介质击穿特性。     

不同应力条件下亚微米MOSFET''s热载流子退变特性实验研究

本文对N沟道亚微米器件在不同应力条件下的热载流子退变特性进行了实验研究。实验结果表明:热空穴注入对器件的热载流子退变特性有重要影响。文章对不同应力条件下器件中的热空穴注入与热电子注入的相互作用进行了分析。     

杂质浓度对槽栅PMOSFET抗热载流子特性的影响

基于流体动力学能量输运模型 ,利用二维仿真软件 Medici研究了深亚微米槽栅 PMOS器件衬底和沟道掺杂浓度对器件抗热载流子特性的影响 ,并从器件内部物理机理上对研究结果进行了解释。研究发现 ,随着沟道杂质浓度的提高 ,器件的抗热载流子能力增强 ;而随着衬底掺杂浓度的提高 ,器件的抗热载流子性能降低。这主要是因为这些结构参数影响了电场在槽栅 MOS器件内的分布和拐角效应 ,从而影响了载流子的运动并使器件的热载流子效应发生变化     

MOSFET中热载流子效应的计算、实验和模拟

亚微米 MOSFET的热载流子效应会引起器件的失效 ,文中分析了热载流子效应引起器件失效的机理和物理模型 ,对该效应的内部电场、衬底电流、阈值电压和跨导作了计算 ;使用知名的集成电路器件模拟软件 ATL AS模拟了该效应 ;并对实际 MOSFET作了 I- V特性曲线和跨导变化量随偏压时间变化的实验测试。理论分析、实验结果与模拟结果都符合得很好。为改善MOSFET热载流子效应而提出的 GOL D结构也获得很好的模拟结果。     

开态热载流子应力下的n-MOSFETs的氧化层厚度效应

在最大衬底电流条件下(Vg=Vd/2),研究了不同氧化层厚度的表面沟道n-MOSFETs在热载流子应力下的退化.结果表明, Hu的寿命预测模型的两个关键参数m与n氧化层厚度有着密切关系.此外,和有着线性关系,尽管不同的氧化层厚度会引起不同的模型参数,但是如果对于不同厚度的氧化层,采用不同的m与n,Hu的模型仍然成立.在这个结果的基础上,Hu的寿命预测模型能用于更薄的氧化层.     

超薄栅n-MOSFETs热载流子寿命预测模型

对氧化层厚度为 4和 5 nm的 n- MOSFETs进行了沟道热载流子应力加速寿命实验 ,研究了饱和漏电流在热载流子应力下的退化 .在饱和漏电流退化特性的基础上提出了电子流量模型 ,此模型适用于氧化层厚度为 4— 5 nm或更薄的器件     

AlGaN/GaN HEMT的恒压电应力退化研究

研究了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在不同持续恒压电应力条件下的退化机制,制作了一种AlGaN/GaN HEMT。对该器件分别采用恒压开态应力和恒压关态应力,研究了与直流特性相关的重要参数的陷阱产生规律。实验结果表明,在开态应力下,由于存在热载流子效应,发生了阈值电压正漂现象,峰值跨导降低;在关态应力下,由于存在逆压电效应,发生了阈值电压负向漂移现象。     

HALO结构pMOSFETs在V_g=V_d/2应力模式下应力相关的热载流子退化

研究了超薄栅(2 .5 nm )短沟HAL O- p MOSFETs在Vg=Vd/ 2应力模式下不同应力电压时热载流子退化特性.随着应力电压的变化,器件的退化特性也发生了改变.在加速应力下寿命外推方法会导致过高地估计器件寿命.在高场应力下器件退化是由空穴注入或者电子与空穴复合引起的,随着应力电压的下降器件退化主要是由电子注入引起的.最后,给出了两种退化机制的临界电压并在实验中得到验证     

超薄栅MOS器件热载流子应力下SILC的产生机制

通过测量界面陷阱的产生,研究了超薄栅n MOS和p MOS器件在热载流子应力下的应力感应漏电流( SIL C) .在实验结果的基础上,发现对于不同器件类型( n沟和p沟)、不同沟道长度( 1、0 .5、0 .2 75和0 .13 5 μm)、不同栅氧化层厚度( 4和2 .5 nm) ,热载流子应力后的SIL C产生和界面陷阱产生之间均存在线性关系.这些实验证据表明MOS器件减薄后,SIL C的产生与界面陷阱关系非常密切     

超薄栅MOS器件热载流子应力下SILC的产生机制

通过测量界面陷阱的产生,研究了超薄栅nMOS和pMOS器件在热载流子应力下的应力感应漏电流(SILC).在实验结果的基础上,发现对于不同器件类型(n沟和p沟)、不同沟道长度(1、0.5、0.275和0.135μm)、不同栅氧化层厚度(4和2.5nm),热载流子应力后的SILC产生和界面陷阱产生之间均存在线性关系.这些实验证据表明MOS器件减薄后,SILC的产生与界面陷阱关系非常密切.     

开态热载流子应力下的n-MOSFETs的氧化层厚度效应

在最大衬底电流条件下(Vg=Vd/2),研究了不同氧化层厚度的表面沟道n-MOSFETs在热载流子应力下的退化.结果表明, Hu的寿命预测模型的两个关键参数m与n氧化层厚度有着密切关系.此外,和有着线性关系,尽管不同的氧化层厚度会引起不同的模型参数,但是如果对于不同厚度的氧化层,采用不同的m与n,Hu的模型仍然成立.在这个结果的基础上,Hu的寿命预测模型能用于更薄的氧化层.     

注F短沟MOSFET的沟道热载流子效应

通过对短沟 NMOSFET的沟道热载流子效应研究 ,发现在短沟 NMOSFET栅介质中引入 F离子能明显抑制因沟道热载流子注入引起的阈电压正向漂移和跨导下降以及输出特性曲线的下移 .分析讨论了 F抑制沟道热载流子损伤的机理 . Si— F键释放了 Si/Si O2 界面应力 ,并部分替换了 Si— H弱键是抑制热载流子损伤的主要原因 .     

深亚微米MOSFET热载流子退化机理及建模的研究进展

本文给出了深亚微米ＭＯＳ器件热载流子效应及可靠性研究与进展,对当前深亚微米ＭＯＳ器件中的主要热载流子现象以及由其引起的器件性能退化的物理机制进行了详细论述。不仅对热电子,同时也对热空穴的影响进行了重点研究,为深亚微米ＣＭＯＳ电路热载流子可靠性研究奠定了基础。本文还讨论了深亚微米器件热载流子可靠性模型,尤其是ＭＯＳ器件的热载流子退化模型。     

通过直接栅电流测量研究PMOSFET's热载流子损伤

通过直接栅电流测量方法研究了热载流子退化和高栅压退火过程中PMOSFET's热载流子损伤的生长规律.由此,给出了热载流子引起PMOSFET's器件参数退化的准确物理解释.并证明了直接栅电流测量是一种很好的研究器件损伤生长和器件参数退化的实验方法.