納米CMOS器件的NBT1效應(yīng)及其物理模型.pdf

1、隨著CMOS器件尺寸的縮小,柵介質(zhì)厚度已經(jīng)減薄到接近其物理極限。然而,電源電壓減小的相對滯后導(dǎo)致的強(qiáng)電場引發(fā)了各種可靠性問題。其中負(fù)偏溫度不穩(wěn)定性(NBTI)是限制納米CMOS器件壽命的主要因素之一。研究NBTI退化現(xiàn)象,提高器件可靠性是集成電路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)必須面對的問題。
　　 盡管人們已經(jīng)對NBTI進(jìn)行了大量的研究,但目前對其機(jī)理仍然不是很清楚。其原因之一是NBTI本身是一個很復(fù)雜的現(xiàn)象,牽扯的因素太多,如溫度、電場和工藝。之

2、二是NBTI的測量結(jié)果與測量方法有很大關(guān)系;目前很難用一種方法準(zhǔn)確表征其特性。本論文主要研究納米CMOS器件中的NBTI效應(yīng)及其模型。
　　 論文第一章介紹了CMOS器件可靠性的研究意義和背景,著重介紹了NBTI研究現(xiàn)狀。第二章介紹了幾種常用的NBTI實(shí)驗(yàn)方法及其主要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,如直流Id-Vg、快速Id-Vg以及電荷泵浦測量。第三章討論了NBTI的物理起源和理論模型。首先描述了界面態(tài)產(chǎn)生一恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng).擴(kuò)散(RD)模型,并用有

3、限差分法求解了RD模型,獲得了RD模型的數(shù)值解。然后根據(jù)納米CMOS器件的實(shí)際情況,對標(biāo)準(zhǔn)RD模型進(jìn)行了推廣,考慮了有限氧化層厚度、非零初始界面態(tài)密度和測量時(shí)間對界面態(tài)產(chǎn)生.恢復(fù)的影響。數(shù)值解表明,當(dāng)SiO2/Poly-Si邊界為反射邊界時(shí),與標(biāo)準(zhǔn)模型相比,界面態(tài)的產(chǎn)生速率變小,恢復(fù)增加。當(dāng)該邊界為吸收邊界時(shí),界面態(tài)的產(chǎn)生速率增加,恢復(fù)減小。數(shù)值解與電荷泵浦的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)當(dāng)SiO2/Poly-Si邊界為吸收邊界時(shí),模型計(jì)算