典型NBTI效应和带偏置NBTI效应的数值模拟研究

发布时间：2020-05-14 10:20

【摘要】：近年来,随着大数据、深度学习等互联网技术的高速发展,人们对处理器的性能要求越来越高,从而推动了集成电路的蓬勃发展。随着集成电路特征尺寸的进一步减小,可靠性问题变得越来越突出,其中最主要的因素就包括NBTI(Negative Bias Temperature Instability)效应。在微纳米尺度(沟道长度小于90nm),NBTI效应比沟道热载流子效应引发的pMOS器件退化更为突出,严重威胁着器件和电路的可靠性,因此,对NBTI效应的研究就成为了可靠性研究的一个新热点。然而,在器件实际工作时,沟道界面电荷来源复杂,无法单一确定NBTI效应对器件本身造成的影响,因此使用TCAD数值模拟实验的方法就显得更加重要。但是目前的TCAD数值模拟软件大多被国外一些大型商业公司垄断,无法对根据人们自身的需求进行软件的二次开发,当需要研究如典型NBTI、带偏置NBTI效应等时,则没有办法进行相应的数值模拟研究,妨碍了人们对这些问题的科学认识和创新。作者研究生论文抓住这一机会,从研究NBTI效应机理出发,通过对已有的器件仿真软件进行二次开发,构建了新的算法和工具,建立了界面电荷退化模型,结合NBTI退化氢分子的漂移扩散模型、反应扩散模型、二维半导体器件数值模拟软件进行联合计算,然后利用已有的科研成果和器件物理规律,简要的分析了典型NBTI、带偏置NBTI退化效应的规律。在进行研究上论文期间,作者主要进行了以下几个部分的工作:(1)通过查阅相关文献,对pMOS器件NBTI效应机理进行了详细地分析与研究,并根据已有的内部和外部资料,推导出一个典型NBTI效应的计算模型。(2)在数值模拟软件Genius-Open中加入典型NBTI的漂移扩散模型,设计NBTI退化算法,结合二维器件模拟软件对NBTI效应进行模拟,完成了一套软件SZU-NBTI,用于计算退化产生的电荷及其对器件性能的影响。(3)利用利用SZU-NBTI效应模拟软件,研究典型NBTI效应对器件的参数的影响,以及其产生的机理,分析影响典型NBTI效应的器件因素,给出适当建议,以便在实际生产器件过程中,尽量减少器件NBTI效应对器件的影响。(4)分析带偏置NBTI效应的漂移扩散模型,将其移植到数值模拟软件Genius-Open中,研究带偏置NBTI效应对器件性能的影响,探究带偏置NBTI效应的一些规律。
【图文】：

示意图,示意图,界面电荷,器件

S 器件栅极 Vg接较大的负电压、源极 Vs和漏极 Vd接地, 器件栅氧化层内的电场是均匀分布的, 致使 NBTI 退化引起的栅氧化层界面电荷数 Nit也是均匀分布[18], 如图1-1 所示。此时器件的 NBTI 退化属于典型 NBTI 退化，，因此器件的阈值电压退化可以用一个简单的公式来计算:oxoxoitthTεεqN V = (1-1)其中，Nit是 NBTI 退化产生的界面电荷；q 是电荷电量；Tox是氧化层 SiO2厚度；εox、ε0分别是 SiO2和真空的介电常数。

示意图,偏置,示意图,效应

4图 1-2 纯偏置 NBTI 退化示意图hao[19]等人在 2007 年通过实验的方法，验证了两种 NBTI 效应的TI 的变化规律用一组经验公式来描述。西安电子科技大学的郝跃[了 DB-NBTI 效应并不是简单的由典型 NBTI 和 HCI 效应两个部可能存在栅氧化层电荷对 DB-NBTI 退化引起的正反馈。但是以质的，这种实验性质的研究一方面带有一定的限制性和片面性；他因素对实验结果产生的影响，得到的结论很难准确的反映 DB
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN386

【参考文献】