超深亞微米MOS器件RTS噪聲研究.pdf

1、原生和強場誘生并與電場奇異性密切相關(guān)的邊界陷阱是影響深亞微米MOS器件可靠性的關(guān)鍵因素之一。隨著器件尺寸的不斷縮小和柵介質(zhì)厚度的降低，邊界陷阱引起的溝道噪聲也正逐漸增大，同時器件的1/f噪聲退化為RTS噪聲。這使得深亞微米器件的可靠性問題具有更加顯著的隨機性，從而使其分析和表征變得更加復(fù)雜。 本文首先在深入研究半導(dǎo)體器件低頻噪聲的檢測方法的基礎(chǔ)上，建立了基于虛擬儀器的深亞微米器件RTS噪聲測試系統(tǒng)。利用數(shù)字濾波的方法改進了RTS

2、噪聲參數(shù)提取方法。較以往的RTS噪聲研究中的方法具有更高的精度和可靠性，而且該方法還便于自動化測量的應(yīng)用。詳細分析了影響該測試系統(tǒng)誤差的因素并且針對這些因素，提出了一系列調(diào)節(jié)器件偏置、放大器截止頻和放大倍率等參數(shù)來發(fā)揮測試系統(tǒng)性能的方法。90mm的MOS器件的測試結(jié)果顯示，本文測試系統(tǒng)能夠靈敏地測量深亞微米器件的RTS噪聲。 利用這一測量系統(tǒng)，系統(tǒng)地研究了邊界陷阱交換載流子的物理機制，提出多晶硅柵極與陷阱的載流子交換也符合熱激活

3、+隧穿機制，對多晶硅柵電極建立了物理模型，并據(jù)此建立器件RTS噪聲時間模型。結(jié)合Hung和Gerard的模型優(yōu)勢，同時考慮載流子數(shù)漲落、遷移率漲落和柵極的影響建立RTS噪聲幅度模型，利用柵極的影響解釋了RTS噪聲幅度的寬范圍分布。在幅度模型中使用了絕對幅度，這非常有利于參數(shù)提取的方便以及系統(tǒng)誤差的消除。除此之外，建立了RTS噪聲特征參數(shù)與器件端口偏置關(guān)系模型，模型使用的參數(shù)都是一些可以很容易獲得和測量的參數(shù)，方便在陷阱分析中使用。測試結(jié)

4、果證實，柵極也參與了與陷阱的載流子交換，本文模型能夠準確地描述陷阱電荷對溝道電流的影響。 之后，基于該模型提出通過正反向測量器件非飽和區(qū)噪聲來確定邊界陷阱的橫向位置的方法。該方法可以準確計算深亞微米器件邊界陷阱橫向位置，還避免了Zeynep方法中對器件造成損傷的可能。此后，在提取出的陷阱位置信息的基礎(chǔ)上，改進了陷阱深度和能級的提取方法、陷阱散射系數(shù)的提取方法，測定了器件中陷阱的俘獲截面和激活能。實測說明，本方法較傳統(tǒng)方法更方便、