热载流子注入效应的可靠性评价技术研究

研究了热载流子注入效应的可靠性评价方法,利用对数正态拟合的中位失效时间,提取加速寿命试验的模型参数。利用这些模型参数,分别评价了0.18μm CMOS工艺薄栅和厚栅器件的可靠性。结果表明,HCI效应仍然制约着0.18μm CMOS工艺的可靠性水平。鉴于热载流子注入效应仍对深亚微米CMOS工艺的可靠性构成威胁,因此,要使产品的使用可靠性得到保证,必须对工艺线失效机理的可靠性进行有效的监测和评价,以保证生产出的产品满足使用方的要求。

基于低频噪声的65nm工艺NMOS器件热载流子注入效应分析

随着器件特征尺寸的缩小,半导体器件受到热载流子注入(HCI)导致的损伤越来越小,采用常用的I-V测试方法很难获得其内部陷阱电荷的准确数据。采用I-V测试和低频噪声测试相结合的方式,分析了65 nm工艺NMOS器件HCI时的特性变化,采用低频噪声技术计算出HCI效应前后氧化层陷阱电荷和界面态陷阱电荷变化量,以及栅氧化层附近陷阱密度情况。通过I-V测试方法只能计算出HCI效应诱生的陷阱电荷变化量,对于其陷阱电荷的分布情况却无法计算,而相比于常用的I-V测试方式,低频噪声测试能更准确计算出随HCI后器件界面态陷阱电荷和氧化层陷阱电荷的具体数值及其HCI效应诱生变化值,并计算出氧化层附近的陷阱电荷空间分布情况。

基于自热修正的SOI NMOSFETs热载流子注入效应寿命预测方法

自热效应SHE(self-heating effect)是SOI MOSFETs可靠性研究的关键问题之一.在热载流子注入HCI(hot carrier injection)应力下会导致自热效应加剧,低估器件工作寿命,使得寿命预测不准.本文提出了一种基于直流HCI应力下的0.18μmPD-SOINMOSFETs可靠性寿命预测方法.通过栅电阻法提取沟道中因自热效应产生的温度,采用自热修正后的衬底电流/漏电流比率模型预测PD-SOI NMOSFETs在正常工作电压下的寿命值,预测结果与未消除自热影响预测出的寿命值存在较大差异,说明自热修正在寿命预测中不可忽略,否则会低估器件的工作寿命.

22 nm体硅FinFET热载流子及总剂量效应研究

为了解FinFET在辐射环境下的可靠性,对22 nm体硅N型FinFET热载流子注入效应及电离总剂量效应进行了研究。试验结果表明,本批次nFinFET热载流子效应显著,鳍数越少参数退化越多。主要原因是鳍间的耦合作用降低了热载流子密度,使得多鳍器件热载流子退化减弱;总剂量辐照后,器件电学参数发生退化,主要表现为阈值电压正向漂移及饱和电流增大,这些参数变化主要与辐照在FinFET氧化物中引入的陷阱电荷相关。

SOI MOSFET器件的热载流子退化机理

介绍了绝缘体上硅(SOI)材料的制作方法,阐述了SOI MOSFET器件的热载流子注入效应的失效机理。研究表明:前沟和背面缺陷的耦合效应是SOI器件的特有现象,对SOI器件的退化构成潜在的威胁。虽然失效机理比体硅器件复杂,但并不会阻碍高性能、低电压ULSI SOI电路的发展。

协同缓解PBTI和HCI老化效应的输入重排方法

文章考虑了晶体管堆叠效应对串联晶体管的信号占空比和开关概率的影响,提出了一种更精确的正偏置温度不稳定性(positive bias temperature instability,PBTI)和热载流子注入(hot carrier injection,HCI)效应的老化模型,并引入综合考虑信号占空比和开关概率的W值,根据W值的大小对输入信号重排序,以减小PBTI和HCI效应引起的电路老化。结果表明:与Hspice仿真结果相比,原有模型的平均误差为3.9%,而文中所提模型的平均误差能减小到1.4%;利用W值排序法进行晶体管输入信号重排序,逻辑门的寿命平均提高11.7%。

微电子生产工艺可靠性评价与控制

简要介绍了可靠性评估(REM)测试结构设计,并介绍了REM试验中与时间有关的栅氧化层击穿(TDDB)、热载流子注入(HCI)效应和电迁移(EM)效应的评价试验方法及实例。REM技术与工艺过程控制(PCM)、统计工艺控制(SPC)技术结合起来就可以实现对工艺的可靠性评价与控制,某集成电路生产公司将它应用于金属化工艺中,确定了工艺输入变量与电迁移可靠性的相关性,优化了金属化工艺试验条件,提高了金属化系统的抗电迁移能力。

集成电路可靠性评价技术

对工艺过程进行评估的目的在于找出存在可靠性缺陷的地方,它是针对技术磨损的机理,通过对专门设计的测试结构进行封装级或圆片级可靠性测试,获取器件的可靠性模型参数和可靠性信息。超大规模集成电路主要的三个的失效机理分别是热载流子注入效应、金属化电迁移效应和氧化层的TDDB击穿。本文对这三种失效机理分别进行了介绍,对各自对应的可靠性模型进行了说明,强调了可靠性评价的重要性,给出了可靠性评价在工艺中的应用流程图。

微电子工艺技术可靠性

对工艺过程进行评估的目的在于找出存在可靠性缺陷的地方,它是针对技术磨损的机理,通过对专门设计的测试结构进行封装级或圆片级可靠性测试,获取可靠性模型参数和可靠性信息。超大规模集成电路主要的三个的失效机理分别是热载流子注入效应、金属化电迁移效应和氧化层的TDDB击穿,本文对这三种失效机理分别进行了介绍,对各自对应的可靠性模型进行了说明,列举了热载流子汪入效应的寿命评价实例,说明了可靠性评价的重要性,给出了可靠性评价在工艺中的应用流程图。