超深亚微米SOI器件可靠性研究

来源 :北京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gmwang2009
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SOI(Silicon On Insulator) CMOS技术以其功耗低、结电容小、速度高、工艺简单,并消除了体硅CMOS器件的闩锁效应等优点,逐渐成为CMOS主流技术之一。然而,SOI器件由于具有埋氧层结构,存在浮体效应和自热效应,这使得其可靠性问题如热载流子注入效应((Hot Carrier Injection,HCI)和负偏压温度不稳定性效应(Negative Bias Temperature Instability,NBTI)比体硅器件更为复杂。尤其是在器件尺寸缩小至深亚微米阶段,栅氧化层减薄,NBTI效应成为SOI器件可靠性中的不可忽略的因素,甚至出现HCI效应与NBTI效应之间的耦合现象。另外,随着空间技术的发展,越来越多的电子元器件应用在航空航天领域,使得器件在辐射环境中的可靠性问题逐渐得到重视。因此,本文主要围绕SOI器件的NBTI效应及辐射环境中的热载流子效应进行了初步研究。  首先,本文对0.18μm PD(Partially Depleted) SOI PMOS器件中的NBTI效应及其恢复现象进行了实验研究。结果表明,NBTI应力下,PDSOI浮体器件比体接触器件退化严重。针对SOI器件NBTI效应存在的恢复现象,本文研究了应力电压及应力温度与器件退化恢复比例的关系。结果表明,不同应力电压下,器件阈值电压的恢复比例相近;应力温度越高,器件阈值电压恢复比例越小。同时,针对HCI应力偏置下SOI PMOS器件出现HCI效应和NBTI效应的耦合效应,本文提出了一种分离两种效应对阈值电压漂移量的影响的方法。  针对总剂量辐射环境下SOI器件的热载流子效应进行了初步的研究。首先,本文对PDSOI器件的HCI效应进行了研究。结果表明,对于PDSOI NMOS器件,浮体器件比体接触器件退化严重;对于PDSOI PMOS器件,则与之相反。其次,本文对总剂量辐射环境下浮体PDSOINMOS器件的HCI效应进行了研究。研究表明,总剂量辐射效应及HCI效应的共同作用下器件特性退化比单独总剂量辐射效应及单独HCI效应退化更严重。  最后,针对单粒子辐射环境下SOI器件的热载流子效应进行了初步的探索。研究表明,重离子辐照后浮体PDSOI器件比体接触PDSOI器件退化严重。另外,重离子辐照与HCI效应共同作用下器件退化更加严重,并且,单粒子辐射环境下HCI效应导致的SOI器件阈值电压漂移比体硅器件大,并对机理进行了初步的分析。  
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