重离子辐照对深亚微米(wēimǐ)MOS器件栅介质可靠性影响的研究1马腾2017年10月13日,北京(běijīnɡ)·高能所中国科学院新疆理化技术研究所第一页，共19页。汇报提纲研究(yánjiū)背景与意义实验简介实验结果机理
分析
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总结2第二页，共19页。随着(suízhe)科学技术的发展，微电子器件在航空航天、军事、能源领域广泛应用研究(yánjiū)背景与意义3高性能，低功耗的微纳米器件在该领域(lǐnɡyù)的应用受到广泛关注第三页，共19页。芯片(xīnpiàn)
工艺
钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程
发展趋势→高集成度、高可靠性器件内部(nèibù)电场随着特征尺寸的变化趋势内部电场增强(zēngqiáng)导致各类物理效应凸显有效途径新结构（如LDD）新
材料
关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料
（如H-K）一、研究背景及意义研究背景与意义4第四页，共19页。一、研究背景(bèijǐng)及意义研究(yánjiū)背景与意义深空(shēnkōnɡ)辐射环境下的器件失效模式与失效率示意图5第五页，共19页。(1)原因一：随着特征(tèzhēng)尺寸的缩小，内部电场增强(2)原因二：辐照导致氧化(yǎnghuà)层损伤1.热载流子注入2.栅介质软击穿(jīchuān)3.介质经时击穿(jīchuān)效应4.7MV/cm5MV/cm纳米器件栅介质受到辐射损伤和介质经时击穿效应共同影响。栅介质的可靠性成为威胁器件寿命的重要因素因此，对辐射环境下栅介质的可靠性研究变得尤为重要。研究背景与意义6第六页，共19页。样品描述：0.13umPDSOIMIS电容，面积(miànjī)为45*100um2，四种不同的样品分别代
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
电路
设计
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中四种不同的分立器件。器件类型栅氧厚度宽长比（W/L）辐照偏置总注量1.2VN+Pwell约2nm45/100（um）零偏107/cm23.3VN+Pwell约6.8nm45/100（um）零偏/加偏107/cm21.2VP+Nwell约2nm45/100（um）零偏107/cm23.3VP+Nwell约6.8nm45/100（um）零偏107/cm2实验(shíyàn)简介7第七页，共19页。辐照前后3.3N型器件栅氧电流(diànliú)的变化辐照前后(qiánhòu)1.2N型器件栅氧电流的变化浮空偏置的重离子试验中，我们没有观测到明显(míngxiǎn)的漏电而只是略有上升。栅极泄露电流实验结果8第八页，共19页。辐照前与不同(bùtónɡ)总剂量辐照下的栅氧层漏电图与能带解释这种偏置情况下的漏电来源不是(bùshi)由于栅氧层结构改变而是由于电离能损带来的MIS结构能带的变化。栅氧泄露电流的主要来源是FN隧穿电流，该电流大小强烈(qiánɡliè)依赖于能带的弯曲程度实验结果9第九页，共19页。辐照与退火前后器件的栅极(shānjí)泄露电路变化趋势图（a）3.3N型（b）3.3P型经过100℃高温(gāowēn)退火，器件的栅极泄露电流几乎恢复到了辐照前的初始值，这说明这种潜在的损伤是可以退火的。实验(shíyàn)结果10第十页，共19页。氧化物陷阱电荷只能改变栅氧层电子势垒，而决定栅氧寿命的关键在于重离子在栅氧层中造成的氧化层结构缺陷(quēxiàn)，在100℃退火温度下，这些结构缺陷(quēxiàn)不能被退火，从而器件的TDDB寿命没有变化实验(shíyàn)结果11第十一页，共19页。对高栅压偏置的器件漏电曲线进行拟合，得到了栅电流与栅压的关系：IG=1.02VG6.10，与QPC模型符合的很好，意味着在高栅压下，重离子辐照导致器件栅极泄露电流随着栅压尖锐的爬升(páshēnɡ)，栅氧层被重离子轰击后已经软击穿。实验(shíyàn)结果12第十二页，共19页。TDDB试验(shìyàn)栅电流与应力时间示意图若Imeasure＞10Xiuse，认为器件已经击穿。辐照造成的栅氧寿命减少与辐照偏置相关，很明显，在较高栅压偏置下的辐照器件寿命退化(tuìhuà)多，偏置电压越高，寿命减小越多。实验(shíyàn)结果13第十三页，共19页。简化的损伤(sǔnshāng)模型把正常的栅氧层N等分，蓝色代表(dàibiǎo)理想中的栅氧层，红色代表(dàibiǎo)存在缺陷的栅氧层正常(zhèngcháng)的栅氧化层（把栅氧N等分分层化）存在导电通道的击穿栅氧化层IGate正常SiO2带缺陷的SiO2缺陷积累形成了漏电路径存在缺陷，但不漏电栅氧层结构缺陷的产生“元凶”：重离子的类位移效应机理分析14第十四页，共19页。重离子辐照(fúzhào)重离子辐照(fúzhào)破坏了SiO2的短程有序。TDDB应力(yìnglì)重离子导致重离子导致TDDB导致重离子导致缺陷更容易链接阳极与阴极导致击穿机理分析15第十五页，共19页。栅压偏置辐照下的器件剖面图与两种可能的栅氧损伤(sǔnshāng)机理在栅压偏置下，耗尽层的强电场收集SEE效应电离的载流子，这些载流子在电场的作用下被加速从而向栅极发射造成(zàochénɡ)二次损伤。机理(jīlǐ)分析16第十六页，共19页。栅偏辐照器件的能带示意图：当辐照导致的缺陷密度增高时，独立的能力可以联合起来形成准连续的能带，这种情况下会出现辐照导致的软击穿(jīchuān)现象。机理(jīlǐ)分析17第十七页，共19页。总结(zǒngjié)电离损伤导致的微剂量率效应改变了栅氧的能带结构，使得RILC上升，这部分电荷缺陷不影响器件的TDDB寿命，位移效应造成的器件栅氧层结构改变大大降低了栅氧层质量，形成了辐射潜在损伤。退火试验仅可以减小RILC，但不能消除重离子造成的永久性损伤，甚至由于高温的作用，加速了栅氧层的老化。关态下的器件，重离子造成的潜在损伤来源于类位移损伤，破坏了二氧化硅的网状结构。处于工作状态下的器件由于沟道下耗尽层对重离子电离的载流子的收集，热电子向栅极发射，将产生对栅氧层的二次损伤，这是关态下不存在(cúnzài)的损伤模式。18第十八页，共19页。请各位老师(lǎoshī)批评指正感谢观看！第十九页，共19页。
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