从二维模拟pMOS器件得到沟道空穴浓度和栅氧化层电场,用于计算负栅压偏置温度不稳定性NBTI(Negative bias temperature instability)效应的界面电荷的产生,是分析研究NBTI可靠性问题的一种有效方法。首先对器件栅氧化层/硅界面的耦合作用进行模拟,通过大量的计算和已有的实验比对分析得出:当NBTI效应界面电荷产生时,栅氧化层电场是增加了,但并没有使界面电荷继续增多,是沟道空穴浓度的降低决定了界面电荷有所减少(界面耦合作用);当界面电荷的产生超过1012/cm2时,界面的这种耦合作用非常明显,可以被实验测出;界面耦合作用使NBTI退化减小,是一种新的退化饱和机制,类似于"硬饱和",但是不会出现强烈的时间幂指数变化。
应用负偏置温度不稳定性(negative bias temperature instability,NBTI),退化氢分子的漂移扩散模型,与器件二维数值模拟软件结合在一起进行计算,并利用已有的实验数据和基本器件物理和规律,分析直流应力NBTI效应随器件沟道长度、栅氧层厚度和掺杂浓度等基本参数的变化规律,是研究NBTI可靠性问题发生和发展机理变化的一种有效方法.分析结果显示,NBTI效应不受器件沟道长度变化的影响,而主要受到栅氧化层厚度变化的影响;栅氧化层厚度的减薄和栅氧化层电场增强的影响是一致的,决定了器件退化按指数规律变化;当沟道掺杂浓度提高,NBTI效应将减弱,这是因为器件沟道表面空穴浓度降低引起的;然而当掺杂浓度提高到器件的源漏泄漏电流很小时(小泄露电流器件),NBTI效应有明显的增强.这些结论对认识NBTI效应的发展规律以及对高性能器件的设计具有重要的指导意义.
提出一种用二维器件数值模拟和负偏压温度不稳定性(negative bias temperature instability,NBTI)模型联合计算的方法,分析NBTI效应产生的界面电荷对pMOS器件栅氧化层电场和沟道空穴浓度的反馈作用.通过大量计算和比对分析现有实验得出:当NBTI效应产生较多的界面电荷时,由于界面电荷反馈,pMOS器件的NBTI退化将有一定程度的减小.这种退化减小是一种新的退化饱和机制,对不同类型器件的寿命具有不同的影响.在低NBTI器件中,界面反馈对器件寿命曲线的变化影响不大,器件寿命曲线趋向满足指数变化规律.在高NBTI器件中,界面反馈使得寿命曲线变化基本满足幂指数变化规律.
