NBTI的研究进展和改善途径.pdf

NBT I的研究进展和改善途径 尹彬锋，周柯 (中芯国际集成电路制造(上海)有限公司，上海201203) NBTI的两种衰退机理(反应一扩散模型和电荷俘获一脱离模型)，指出它们各自的适用范围，并针对 新的NBTI测试方法的采用，探讨了对可靠性性能估计的影响。最后总结了遏制NBTI效应的研究成果。 关键词：负偏压温度不稳定性；反应一扩散模型；电荷俘获一脱离模型；界面陷阱电荷 ofNBTI andProcess DevelopmentStudy Improvement YIN Ke Bin-Feng，ZHOU (Semiconductor manufacturingInternational(Shanghai)Corp．Shanghai201203，China) of Abstract：Thisintroducedbasic NBTIonPMOSFETdevice．TwomodelsofNBTI paper theory Modeland effectofnew Model)arediscussed．Furthermore，themeasurementmethod ChargeTrapping／De-trapping on assessmentis last，this summarizedtheresearchresultsto reliability presented．Atpaper improve Bias in TemperatureInstability)effectprocess． Keywords：NBTI；Reaction-Diffusion model；interface model；ChargeTrapping／De—-trappingtrapped charge 1 引言 2 NBTI效应的产生机理 bias NBTI主要是由硅／氧化层界面陷阱电荷和氧 NBTI(negativetemperatureinstability)效应 发生在PMOS器件中，当器件的栅极处于负偏压下化层电荷的变化而引起的。在栅极的硅／氧化层界 时，器件的饱和漏极电流Idsat和跨导Gm不断减 小、阈值电压绝对值不断增大。这种导致器件性能衰 Si·，一般认为在工艺工程上，H会和硅的悬挂键结 退的NBTI效应，会随着栅极上的偏置电压的增加合形成Sill键，称为氢钝化。但是在器件工作中会在 和温度的升高而更加显着。 栅极上形成一个高电场，此时Sill键就容易被打断， 形成H，H+或H：，反应过程如式1，2所示I-】： 万方数据 Si3SiH--’．Si·+HO (1) (2) 应引起的电性参数衰退在撤去电场条件后最多可以 Si3_SiH+H+-+Si3-Si·+H2 这样硅的悬挂键就会吸引一个电荷，成为带正 恢复80％，即使是在电场条件撤去后的1秒钟以 电性的界面陷阱电荷(Interface 内，就可以恢复50％m。而且恢复程度是随应力时间