论文部分内容阅读
SOI CMOS器件可实现完全的介质隔离,具有寄生电容小、集成密度高、低功耗、可以避免闩锁效应以及良好的电学特性等优点,正逐渐成为制造高速、低功耗和高集成度超大规模集成电路的主流技术。然而,由于其结构特点,SOI器件存在严重自热效应和浮体效应,使得SOI器件的可靠性问题,如热载流子注入(HCI)效应和负偏压温度不稳定(NBTI)效应等,与体硅:MOS器件有所不同,影响SOI器件长期正常工作寿命。同时,在空间环境以及其他辐射环境下,器件的HCI效应和NBTI效应也可能变得更加严峻并影响器件长期可靠性。因此,研究超深亚微米SOI MOSFET器件在恶劣环境中的可靠性问题尤为重要。本文对超深亚微米SOI MOSFET器件在无辐射环境中的HCI效应、NBTI效应和总剂量辐射环境中的HCI效应进行了较为系统的研究。 针对SOI NMOS器件的结构特点,本文较为系统地研究了体接触和浮体SOINMOS器件的HCI可靠性问题。研究表明,自热效应和浮体效应会大大加速器件特性退化。在寿命预测方面,提出了基于自热修正的SOI NMOS器件寿命预测方法,该方法指出直流HCI应力下的寿命预测自热修正不可忽略,否则会低估器件在实际工作环境中的工作寿命。 针对体接触SOI PMOS器件,本论文较为系统地研究其NBTI效应。发现其前栅NBTI退化规律与体硅MOS基本相同。同时,基于不同NBT应力条件建立前栅NBTI效应寿命预测的经验模型,利用实验验证该模型的有效性。本论文还针对Sol PMOS器件在HCI应力偏置下出现的HCI效应和非均匀NBTI效应的混合效应现象,利用NBTI中恢复效应提出了分离两种效应分别对阈值电压漂移贡献量的方法。 针对超深亚微米SOI器件在辐射环境中的可靠性问题,首次实验初步研究了总剂量辐射效应和HCI效应共同作用对SOI NMOS器件特性的影响。结果表明,辐射在氧化层中产生的一部分固定正电荷会由于在HCI偏置产生的自热效应而发生退火。还有一部分固定电荷与隧穿到氧化层中热电子发生中和,弱化了后续HCI应力对器件特性的影响,从而使得辐射后HCI应力造成器件退化量相对未辐射的HCI应力退化减弱。