NMOS器件熱載流子效應研究.pdf

1、超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，迫切要求提高整個電路系統(tǒng)及單個器件的性能與可靠性，這是因為集成電路是由元器件組成的，單個器件的性能與質量直接決定系統(tǒng)的可靠性。熱載流子效應作為重要的可靠性問題之一，通過縱向與橫向的高強度電場能夠破壞器件氧化層的質量，降低使用壽命，不僅會導致閾值電壓、最大跨導以及飽和漏電流等標志器件可靠性的參數漂移，還會引起柵泄漏電流的增大，嚴重影響電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，因而，對熱載流子效應進行深入的研究具有重要的意義。<

2、br>　　本論文針對NMOS器件中的熱載流子效應以及HCI應力導致的柵泄漏電流SILC的退化進行了深入的探究。先從HCI效應的本質出發(fā)，探討引起NMOSFET失效的HCI物理機制，闡述 NMOSFET內部熱載流子的產生方式與運動規(guī)律，重點介紹了有關 HCI效應的重要模型，經典的物理模型包括襯底電流模型和幸運電子模型，指出這兩種模型分別從襯底電流及柵電流兩個方面來描述熱載流子的運動過程；其次給出有關探究NMOSFET熱載流子效應的不同測試

3、方法，針對Silvaco仿真軟件進行了較為詳細的說明，指出該軟件對于研究NMOS器件熱載流子效應的重要輔助作用。
　　通過對柵氧厚度為4nm的NMOS器件進行一系列實驗測試，結合仿真軟件的模擬結果，研究器件的溝道長度、溝道寬度、應力條件等對襯底電流及柵電流的影響，由此確定導致器件熱載流子效應最為嚴重的最壞 HCI應力條件，并研究了最壞應力條件與結構參數的關系，深入分析了溝道長度對最壞柵壓的影響以及導致應力條件轉變的物理機制；通過間

4、斷應力實驗，研究了 NMOS器件在熱載流子應力下的參數退化，主要有閾值電壓正向漂移、最大跨導減小以及飽和漏電流降低等，并研究了HCI應力作用下柵泄漏電流退化的機制，認為造成SILC漂移的重要因素是柵氧化層中陷阱電荷的增加，并通過實驗證明了熱載流子效應能夠引起NMOS器件的SILC隨應力時間以指數規(guī)律增大，結合襯底電流模型與幸運電子模型，將SILC的漂移與閾值電壓、襯底電流峰值的漂移進行對比分析，發(fā)現(xiàn)它們擬合成一條直線，這說明熱載流子效應