关于深亚微米器件GOI及NBTI可靠性问题的研究

论文摘要

随着技术的不断发展,电路的不断复杂,工艺制程的不断进步,从过去的0.5um,0.6um到后来的0.35um,0.15um,0.13um,再到如今的90nm,65nm甚至45nm的由研发阶段到量产阶段。伴随着CMOS栅氧化层的厚度,沟道长度的持续等比例缩小,MOS器件各个电参数变得越发的不稳定,诸如阈值电压漂移,跨导下降、各向漏电流的增加等等。器件的持续恶化会进一步导致工作电流阈值电压退化加速,引起栅氧的击穿,从而最终导致器件的失效。所以不够可靠的栅氧化层,退化过快的器件,这些都已经成为制约集成度进一步提高的重要原因。因此,本文以栅氧化层完整性测试(Gate Oxide Integrity:GOI)以及关于PMOS负向偏压与温度造成的器件不稳定性现象(Negative Bias TemperatureInstability:NBTI)为题展开研究,重点关注GOI及NBTI项目的失效机理、相关可靠性测试方法、流程、分析与线上控制。同时,随着工艺的发展对我们可靠性测试技术也提出了新的挑战。传统的测试方法已经远远不能满足工艺的进步,需要加以改进与完善。因此本文针对深亚微米器件的栅氧漏电模式GOI以及器件的NBTI问题,对其在测试中所面临的一些现象加以研究。并针对这些问题进行的一些必要的测试方法、分析方法上的改进,从而很好的降低干扰能较为准确的对器件进行测试评估。并且结合国外前沿的研究结果及业界标准,形成了一些自己的测试方案、对产品的适时投产、提高可靠性检测的准确率提供了有力的保证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 可靠性的相关理论基础
• 第一节 可靠性工作的意义与内容
• 第二节 器件可靠性的一些数学基础
• 1.2.1 器件可靠性常用的几个数学概念
• 1.2.2 可靠性各主要特征量之间的关系
• 1.2.3 器件失效的一般规律
• 1.2.4 可靠性分析中常用的几个寿命分布模型
• 第二章 GOI测试方法和相关理论的研究
• 第一节 关于栅氧化层与击穿模式的背景介绍
• 2.1.1 栅氧层中的电荷类型
• 2.1.2 栅氧层的击穿模型
• 第二节 栅氧化层的击穿分类与测试结构
• 2.2.1 栅氧击穿分类
• 2.2.2 栅氧化层的测试结构
• 第三节 栅氧化层的测试方法与失效判定
• 2.3.1 测试方法
• 2.3.2 失效判定
• 第四节 栅氧化层的数据分析
• 2.4.1 数据分类标准与模型运用
• 2.4.2 测试样品数量的确定与缺陷密度的换算
• 第五节 超薄氧化层下的测试挑战与实例分析
• 第六节 栅氧化层在线上制程的控制
• 第三章 NBTI测试方法和相关理论的研究
• 第一节 关于NBTI效应的背景及失效模型
• 第二节 NBTI的测试方法与失效判定
• 3.2.1 NBTI的测试流程
• 3.2.2 NBTI的失效判定
• 第三节 NBTI的模型分析
• 第四节 关于NBTI的测试挑战
• 3.4.1 NBTI的饱和现象与自恢复效应
• 3.4.2 关于AC下的NBTI测试
• 第四章 总结和展望
• 第五章 附录
• 参考文献
• 后记