《MOS器件可靠性》PPT课件

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1、MOS器件可靠性北京大学微电子研究院内容提要主要的问题和研究未来的研究简介MOS器件可靠性研究背景；研究内容；研究方法氧化层击穿深亚微米MOS器件特性退化SOC技术中存在的可靠性问题TDDBHotCarrier简介研究背景研究内容MOS器件可靠性对象：生产、使用过程中，器件电学性能的退化现象重要性：器件尺寸和电压不等比例下降电场增大新材料、器件结构的采用增强器件退化High-K栅材料、SOI、SOC生产、使用过程中缺陷的产生机制缺陷对器件性能的影响关系器件特性的退化规律－－器件寿命研究方法

2、加速应力实验工作条件下器件退化时间很长（通常10年）利用高应力条件(高温、高电压)，加速器件退化从高压应力向工作条件外推出器件退化情况(器件寿命)退化表征方法退化电学参数的提取＝>阈值电压漂移、饱和漏电流改变应力产生缺陷的测量＝>CV、电荷泵、DCIV、GIDL等(氧化层陷阱、界面态)缺陷产生模型和寿命预测模型用户可靠性测量、测试退化实验特性测量分析表征技术特征参数统计分析物理分析结论失效规律失效机理寿命、特性退化规律等半导体可靠性评估系统样品栅氧化层相关可靠性问题的根源氧化层减薄导致氧

3、化层电场的增加器件沟道长度减小引起的Si横向电场的增加功耗加剧了器件工作温度研究背景加速应力实验（电应力和温度应力）面积、失效率变换电压、温度变换JEDEC标准：10年@10mm2，125°C，失效0.1％寿命预测模型研究方法JEDECstandardWWW.jedec.orgGeneral,WaferLevel,ProductLevelBipolar,Diode,PowerDevice,Memoryetc,Teststructure,procedure,criteria,projectionm

4、odelJP001.01FOUNDRYPROCESSQUALIFICATIONGUIDELINES(WaferFabricationManufacturingSites)JEP128GUIDEFORSTANDARDPROBEPADSIZESANDLAYOUTSFORWAFERLEVELELECTRICALTESTING:JEDECstandardJC-14.2WaferLevelReliabilityJESD90APROCEDUREFORMEASURINGP-CHANNELMOSFETNEGAT

5、IVEBIASTEMPERATUREINSTABILITIESJESD35-APROCEDUREFORWAFER-LEVEL-TESTINGOFTHINDIELECTRICS:JESD60AAPROCEDUREFORMEASURINGP-CHANNELMOSFETHOT-CARRIER-INDUCEDDEGRADATIONATMAXIMUMGATECURRENTUNDERDCSTRESS:JESD28-AAPROCEDUREFORMEASURINGN-CHANNELMOSFETHOT-CARRI

6、ER-INDUCEDDEGRADATIONUNDERDCSTRESS:JEDECstandardJEDECstandardGateOxideIntegrityExtrinsicandIntrinsicQ&A氧化层击穿类型A类B类C类A类：明显损伤；针孔B类：缺陷点；玷污原因：材料缺陷；工艺波动(清洗、氧化和光刻)；机械应力；后氧化(等离子体破坏)等非本征击穿C类：占大部分比例，相对集中表征击穿非本征击穿：成品率制造过程中化学试剂的纯度吸真空高温退火制备后续工作筛选/预加电GateOxideInt

7、egrityV-Ramp（Linear）DefectsatlowerelectricfieldJ-Ramp（Exponential）FinesegregationofhighfieldbreakdownsMuchlesstimethanV-RampSmallareateststructuresBoundedJ-RampAveryrepeatableQbdmeasurementV-RampDiagramAbsoluteCurrentlevelOxidecurrentchangeslopeJ-Ram

8、pDiagram0.85-0.9BoundedJ-RampDiagram0.85-0.9IFixTestStructureAreadependentSTI-edgeintensivePoly-edgeIntensiveTypicalData超薄栅氧化层击穿Timedependentdielectricbreakdown(TDDB)简介缺陷产生的物理模型氧化层击穿标准寿命预测BreakdownofUltra-thinoxide超薄栅氧化层击穿简介缺陷产生击穿机制栅电压高能载流子类氢物质释放氧化层缺