深亚微米CMOS器件中栅氧化层的经时击穿行为（TDDB）及其机理研究

论文摘要

本论文的主要目的是通过研究深亚微米集成电路器件中栅氧化层可靠性,利用笔者所在公司不同技术代工艺制造的器件深入探讨栅氧的经时击穿行为(TDDB)及其损伤机理,从而探索器件栅氧化层退化规律,获得其有效寿命的精确测定。随着工艺技术的发展,器件的线宽不断的缩小,使得芯片集成度上升,成本下降以及器件拥有较大的驱动电流。但随之而来的超薄氧化层所造成的漏电流的增加在可靠性方面产生的严重的问题。当器件沟道长度缩小至0.18μm,栅极氧化层在3 nm左右,此时器件栅氧化层的击穿机理已经与较厚氧化层器件的大不一样,外推获得氧化层寿命的经验模型是采用E模型还是1/E模型,都是目前普遍关注的问题。本文分析了上述两种模型各自的优缺点和适用范围,同时进行了大量实验测试,对汇集的数据进行了分析整理,发现了一些内在的特定的深层次机理,而这些机理是在目前国内国际同行研究结果所没有的。相信本论文能够给业界同行开展相关工作时提供明确信息,同时也希望引发更广泛、更深入的讨论,使得这一难题最终被完全解决。本篇论文将分五章展开讨论。第一章绪论;第二章将简要的介绍氧化层的可靠性。一些有关栅氧的相关资料及概述以及目的将在此章中一一介绍,概述E模型和1/E模型,并分析其优缺点。目前国际上对栅氧寿命的预测是以E模型和1/E模型为根据布莱克方程(Black’s equation)推导出来的经验公式,随着工艺技术的不断发展,栅氧厚度的日趋变薄,该公式的适用性值得研究。第三章深入讨论栅氧击穿的机理,推导栅氧TDDB模型,并在线宽为不同技术代上进行验证;进行了数据分析和讨论,并得出结论,第四章提出了新模型,利用此方法可以大幅缩短栅氧寿命的评价时间以及提高准确性。第五章进行一个总结。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 术语及定义解释
• 第一章 绪论
• 第二章 MOS晶体管栅氧的可靠性
• 2.1 MOS栅氧制造工艺概述
• 2.2 MOS氧化膜中的电荷
• 2.3 MOS晶体管栅氧击穿机理概述以及寿命推导法则
• 2.4 经典栅氧的击穿机理
• 2.5 小结
• 第三章 深亚微米MOS晶体管栅氧的可靠性测试及其经时击穿行为的机理分析
• 3.1 常规栅氧化层可靠性评价方法简介
• 3.2 不同技术代氧化膜的评价
• 3.3 小结
• 第四章 深亚微米MOS晶体管栅氧击穿的新物理模型
• 4.1 吸收系数（σ）模型
• 4.2 内建电场模型
• 4.3 小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 致谢