PMOSFET的NBTI效应.pdfVIP

PMOSFET的NBTI效应 李若瑜1，李斌1，罗宏伟’ 1华南理工大学应用物理系广州五山510640 2信息产业部电子第五研究所广州东莞庄路110号510610 Bias 擅蔓随着工艺曲进步，器件尺寸的不断缩小，腿0SFET受NBTI(NogatireTemperaturc InstabiIity)效应影响面失效的现象惫发严重．帅霄I效应成为器件可搴性的一个焦点问题． 本文缘述了NBTI效应的产生机理，影响因素、减襞方_涪以及与之相关的一些前君阍是． 关键词嗍sFET，NBTI．橱氧可幸性 ^ X 1．引言 NB髓(Neg趟wBias％mperatureh哦曲ili劬效应麓是CMOS电路中的PMOS管在负橱 压的作用下出现的一种退化现象。表现为橱电流(IG)增大，阈值电压(V^)向负方向漂 移，亚阈值斜率减小，跨导(G。)和漏电流(I血)变小等现象。从而引起模拟电路中管子 闻的失配lI司．数字电路的工作频率下降，静态噪声容限减小p】。由于朗值电压的漂移随栅 氧化层电场的增大而增加16J。随着器件尺寸的不断缩小，工作电压却不能成比例地降低，栅 氧化层电场相对升高，NBTI带来的问题恶化。另外，NBTI应力下引起阈值电压漂移的缺陷 主要集中在栅的边缘和橱与源漏区交叠的区域，由于短沟道器件的退化区域与整个沟道的 比例相对增加了，以及短沟道器件的二维效应．沟长越短的器件NBll效应越明显嘲。尤其 可靠性的瓶颈．甚至超过了热载流子对可靠性寿命的影响17l，它将决定着整个电路的性能与 寿命。 2．NBTI的作用机理 si-si02界面态的形成是产生NBll效应的主要因素。而氢气和永汽是引起NBll的两 种主要物质，图lH描述了它们在界面上发生的电化学反应，进而形成施主型界面态，引 起阈值电蹑漂移的过程。文献嘲报道了由阈值电压漂移铡出的激活能和晃面态形成的能量不 一致的现象，这说明了存在另外一些机制可使阈值电压漂移，如氧化物陷阱电荷。 在静态的NBll应力下，文献Iq中所描述的物理模型是现今为止最被广泛接受的： skisi—H+”七◆SbESr+H： Sh；si—H}鸟sil§Sr+HI i＆++H o，；一日+^+H03 ·454· b’，Hkt蛳jb4．H、。 反应生成物三价硅悬挂键si3=Si+对界面态密度N．。作贡献，O产si+则为固定氧化层电荷 密度N。作贡献，这二者正是造成V^、G。。 等参数变化的原因，随着时间的推移，器 件将退化至失效。 与单一时间指数的模型[7,Sl不同，这个 模型比较合理地解释了△v讧随时间逐渐 饱和的现象：反应初期界面态是受si．H键 分裂速度的限制，之后氢离予的扩散受到 氧化物电荷和界面态引起的附加电场的的 $-铀 骘 蛐协eV 控制，从反应速度控制状态转入扩散速度 控制状态IoJ。 黎 专一 譬 埔¨3“ Carrier 3．NBTI与HCI(Hot njeerion)的关系 在HCI应力下究竟有无NBTI的影响， 酶 菇茹菇嘉b茹 《《枣 槲t伯w NBTI所起的作用占多大，随着NBTI带来 的问题愈发突出而成为人们关注的问题。 因为在HCI应力下漏一源区电子俘获(ET Electron Trapping)，传统的HCI可靠性评定 均采用I。作为敏感量来监控沟道热载流子 图1两种栅氧化层界面发生的电化学反应 损伤[91，【101。然而在文献【lll里观察到了I。 峰与AG。