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在摩尔定律的推动性下,器件的特征尺寸越来越小,随之而来的可靠性问题严重影响到器件和电路的寿命。HCI退化是当前超深亚微米器件中重要的可靠性问题。本文围绕65nm NMOS器件的HCI效应展开了仿真与测试研究。本文的主要研究内容及成果如下:首先,本文对热载流子效应在应力偏置下的分类及损伤机制进行了说明,并讨论了不同栅压导致HCI退化的原因。同时本文还介绍了工业界广泛使用的经典热载流子模型“幸运电子模型”,此模型认为热载流子幸运地获得足以翻越势垒的能量时会注入到栅氧化层,造成器件的损伤。但在短沟器件中,幸运电子模型不能很好的解释在较低电压下的HCI退化现象,为此本文介绍了“能量驱动模型”来解释短沟器件中的热载流子效应。其次,本文通过仿真得出影响电路性能的关键参数并得到了阈值电压的分布。通过对工艺参数的波动设置,使器件的初始阈值电压波动范围分别不超过正负1.5σ,即414mV±28.4mV,然后分析了在这些工艺波动的情况下,器件在经过HCI应力之后,其Vth出现的不同的退化情况,即寿命出现的变化。仿真结果发现,在Halo工艺中,注入能量的波动相比较注入倾角和剂量更明显,退化更严重。在LDD工艺中,注入剂量波动的影响远超过注入能量波动的影响。而对比LDD工艺和Halo工艺的,Halo中注入能量波动的影响大于LDD中注入剂量波动的影响。最后,本文设计了测试结构版图并进行了流片。通过合适的实验流程,对65nm NMOS器件进行加速应力实验。实验发现器件的饱和漏电流、线性区跨导、阈值电压均有不同程度的退化。文中对三组不同栅长,不同宽长比的器件进行对比得到结论:随着器件尺寸的减小,器件的热载流子效应更为严重。在天线效应的研究中,本文对比了不同天线比器件的退化程度,给出了天线结构对热载流子效应产生的影响以及原因。根据寿命加速模型对NMOS器件进行了寿命预测,得出了在SMIC标准65nm工艺中NMOS器件的热载流子寿命。