0.18μm部分耗尽SOI H形栅NMOSFET常温下热载流子效应的研究

发布时间：2017-09-27 05:21

  本文关键词：0.18μm部分耗尽SOI H形栅NMOSFET常温下热载流子效应的研究

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【摘要】：SOI (Silicon On Insulator,绝缘体上硅)技术是自上世纪末以来集成电路领域兴起的研究热点,广泛应用于航天、航空、军工、汽车电子等行业,具有明显好于体硅材料的优良特性。热载流子效应(Hot-Carrier Effect, HCE)直接影响半导体器件的稳定性和使用寿命,与半导体制造工艺、制备材料、器件结构、使用环境等均有直接关系,是集成电路尤其是军品可靠性研究重点手段之一。SOI虽然具有其优越性,但由于埋氧化层(BOX)的存在以及为了避免SOI浮体效应经常会采用特殊的体接触结构,使得SOI器件尤其是PD (Partially Depleted,部分耗尽)SOI器件的热载流子效应的研究更加复杂,本文通过对0.18pm PD SOI H形栅NMOSFET进行加速应力试验研究,观察热载流子效应下常用的不同宽长比结构的器件阈值电压、最大跨导、漏端饱和电流三个参数与应力偏置条件、应力时间、器件结构之间的关系,旨在加速0.18μm PD SOI抗辐射器件和电路产品实用化进程,完成的主要工作成果如下：1)完善了SOI器件热载流子试验的系统,补充并规范了试验流程；2)修正了原有的热载流子效应模型,完成大量的加速应力试验,对测试数据进行提取和拟合,得出器件退化参数(器件阈值电压、最大跨导、漏端饱和电流)与应力偏置(VGSstress、VDSstress)、应力时间(t)和沟道长度(L)、宽度(W)之间的关系；3)提出建立H形栅NMOSFET的TCAD器件模型,分析沟道横向电场分布,解释了PD SOI NMOSFET热载流子效应的物理机制；将建立的热载流子模型对标准0.18pm PD SOI工艺SPICE模型进行部分修正,用环振电路对器件模型进行了有效应用验证,并获得初步科研成果。SOI基器件热载流子效应导致的参数退化量与加速试验过程中的t、VGSstress和VDSstress采用了幂函数关系,而与沟道长度L则采用指数关系可更好的对热载流子效应进行解释,沟道宽度W对器件的退化基本没有影响。
【关键词】：热载流子 SOI 加速应力试验 可靠性 退化
【学位授予单位】：中国科学院大学(工程管理与信息技术学院)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN386
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 研究背景与意义9-13
• 1.1.1 课题研究的意义10-11
• 1.1.2 集成电路可靠性问题11-13
• 1.2 本课题的研究进展13-20
• 1.2.1 热载流子效应研究进展13-15
• 1.2.2 SOI技术15-17
• 1.2.3 SPICE模型介绍与模型提取流程17-20
• 1.3 本文主要内容20-21
• 1.4 课题研究路径与工作流程21-23
• 第二章 热载流子效应模型23-33
• 2.1 热载流子效应23-24
• 2.2 热载流子效应的应力偏置分区24-25
• 2.3 幸运电子模型25-28
• 2.3.1 体硅中的幸运电子模型25-26
• 2.3.2 SOI中的幸运电子模型26-27
• 2.3.3 热载流子效应模型的修正27-28
• 2.4 提参建模的数据筛选方法28-33
• 第三章 SOI CMOS器件热载流子效应的测试方法33-55
• 3.1 试验平台35-42
• 3.1.1 工艺平台35-38
• 3.1.2 测试平台38-40
• 3.1.3 样品的选择与制备40-42
• 3.2 加速应力试验42-50
• 3.2.1 应力偏压条件的确定42-46
• 3.2.2 加速应力试验的操作46-47
• 3.2.3 加速应力试验的干扰47-50
• 3.3 加速应力试验的初步结果50-55
• 第四章 SOI CMOS器件热载流子效应的提参与建模55-75
• 4.1 SOI CMOS器件热载流子效应的模型55-67
• 4.1.1 参数退化与应力加速时间(t)的关系55-59
• 4.1.2 参数变化与器件沟宽(W)的关系59-61
• 4.1.3 阈值电压(V_(th))退化模型61-66
• 4.1.4 0.18μm PD SOI H形栅NMOSFET的热载流子模型66-67
• 4.2 TCAD模型失效机理分析67-71
• 4.3 模型的验证71-75
• 第五章 结论与展望75-77
• 5.1 结论75-76
• 5.2 展望76-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-83
• 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果83

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本文编号：927846