亚微米MOS器件的热载流子效应研究

论文摘要

随着微电子技术的迅速发展,MOS器件特征尺寸不断按比例减小,导致热载流子效应日益严重。近三十年来,MOS器件热载流子效应的研究已经成为了集成电路可靠性问题的重要研究课题。本论文中,根据MOS器件热载流子退化的基本过程,对亚微米MOS器件热载流子应力下的缺陷,器件退化特性和物理机制等可靠性问题进行了研究。热载流子退化主要归于电子俘获、空穴俘获和界面态产生。热载流子退化过程非常复杂并且依赖于应力条件、器件结构、栅氧化层质量。介绍了近年来MOSFET的热载流子效应研究现状以及测量技术,总结了器件会遇到四种类型的热载流子,还详细讨论了N沟道和P沟道MOS器件热载流子的产生和注入以及与器件工作在高栅压、中栅压和低栅压三种应力条件的关系。并且对界面陷阱和氧化层电荷的产生机制做进一步研究。针对于从加工工艺上提高热载流子注入效应,从改善栅氧化层内的电荷和降低横向电场两个方面出发,一是利用栅氧化工艺来提高栅氧化层的质量,另一个是利用LDD工艺来降低横向电场。实验结果显示在氧化后热退火掺入氮元素可以有效的减少热载流子的注入效应,LDD结构通过两条途径来抑制热载流子效应:弱化漏端电场和使得漏端最大电场远离栅极。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 VLSI 的发展
• 1.2 集成电路的可靠性研究
• 第二章 MOS 器件热载流子效应的研究现状
• 2.1 MOS 器件热载流子效应的研究背景
• 2.2 热载流子效应的测量技术
• 2.2.1 电荷泵（CP）测量技术及实验设置
• 2.2.2 电流-电压（DCIV）特性测试技术及实验设置
• 第三章 热载流子退化特性和退化物理机制
• 3.1 热载流子效应的退化特性
• 3.1.1 MOSFET 中热载流子的种类
• 3.1.2 n 沟道 MOS 器件的退化特性
• 3.1.3 p 沟道 MOS 器件的退化特性
• 3.1.4 动态应力下的退化
• 3.2 热载流子应力下缺陷产生物理机制
• 3.2.1 界面陷阱产生机制
• 3.2.2 氧化层电荷产生机制
• 3.3 HCI 退化的温度效应
• 3.4 MOS 器件热载流子应力下的栅介质可靠性
• 第四章 不同加工过程对热载流子注入效应的影响
• 4.1 栅氧化层工艺对HCI 效应的影响
• 4.1.1 氧化工艺流程
• 4.1.2 不同氧化工艺流程的HCI 效应
• 4.2 LDD 对热载流子效应的影响
• 4.2.1 LDD 工艺
• 4.2.2 LDD MOS 器件模拟及热载流子效应分析
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢