【摘 要】
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MOS晶体管进入深亚微米后,由热载流子效应导致的器件可靠性问题愈加严重。随着MOS晶体管在射频电路中的广泛应用,射频条件下的热载流子效应及其退化机制成为国内外研究的热点。由于MOS晶体管受高横向电场和高射频信号的驱动产生的热载流子效应对器件造成了损伤,导致器件的低频噪声增大,而低频噪声会通过上变频导致相位噪声的增大,从而影响射频电路的性能。因此,研究器件的低频噪声受热载流子应力（直流应力和射频应力
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MOS晶体管进入深亚微米后,由热载流子效应导致的器件可靠性问题愈加严重。随着MOS晶体管在射频电路中的广泛应用,射频条件下的热载流子效应及其退化机制成为国内外研究的热点。由于MOS晶体管受高横向电场和高射频信号的驱动产生的热载流子效应对器件造成了损伤,导致器件的低频噪声增大,而低频噪声会通过上变频导致相位噪声的增大,从而影响射频电路的性能。因此,研究器件的低频噪声受热载流子应力（直流应力和射频应力）的影响对提高器件的可靠性具有实际应用价值。现有研究对各种热载流子应力后的低频噪声衰减进行了研究,发现由热载流子应力导致的陷阱密度的增加也导致低频噪声的增加。研究发现低频噪声对器件损伤更加敏感,低频噪声可以成为评估器件可靠性以及诊断MOSFET中缺陷和故障的工具。因此,通过低频噪声来表征器件热载流子效应已受到越来越多的青睐,成为评价半导体器件可靠性优劣的关键指标。本文针对热载流子应力对MOSFET低频噪声的影响展开了更深入研究,通过对MOSFET施加直流应力和射频应力的方法进行热载流子应力加速退化实验,测得应力前后MOS器件的电参数和低频噪声参数数据,通过表征低频噪声的退化情况来研究不同应力条件的退化机理。本文的主要研究成果和创新点如下:分别对nMOSFETs施加三种直流应力,发现在不同栅极电压下相同直流应力条件对低频段（f≤1000 Hz）和高频段（f＞1000 Hz）噪声的影响不同,这与陷阱密度分布有关。提出区分不同应力产生的缺陷类型的方法:分别对小栅压(Vgs≤0.7 V)时低频段噪声和大栅压(Vgs＞0.7 V)时高频段噪声的衰减程度进行分析。结果表明,在较小的栅压下,氧化物陷阱电荷的产生与低频段噪声劣化相关;而在较大的栅压下,界面陷阱的产生与高频段噪声劣化相关。对nMOSFETs的栅极施加九种不同的射频应力,研究输入频率和功率对电参数和噪声参数的影响,通过噪声频率指数γ的变化分析射频应力的退化机制,并与直流应力后的结果进行对比。通过实验发现,射频应力后电参数的变化比较小,而噪声参数对射频应力造成的损伤更加敏感。与直流应力相比,射频应力后噪声的退化主要发生在饱和区,在较高的栅极电压下,射频应力后的噪声变化剧烈,噪声强度的增幅率随栅压的增加而增加,这与直流应力后的结果相反。射频应力后噪声频率指数γ减小,并在导致噪声变化最大的最差射频应力条件后γ值小于1,因此界面状态/陷阱是导致射频应力后器件性能退化的主要原因。本文通过表征器件低频噪声参数的退化程度,更加直观和精确地分析了不同热载流子应力后器件的退化机理,特别是当电参数退化不明显或差别较小时。根据测得的噪声数据,参考Mc Whorter模型对热载流子应力后器件的陷阱密度进行估算,并对热载流子应力后?N-?μ噪声模型的适用性进行讨论。
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