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超深亚微米P^+栅PMOSFET中nbti效应及其机理研究

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电子学报 2003年第Z1期31卷 2063-2065页

作者：郝跃韩晓亮刘红侠西安电子科技大学微电子研究所陕西西安710071

本文深入研究了P+ 栅PMOSFET中的nbti效应 ,首先通过实验分析了nbti应力后器件特性及典型参数的退化 ,基于这些实验结果提出了一种可能的nbti效应发生机制 :即由水分子参与的Si SiO2 界面处的电化学反应 .

关键词： nbti效应 PMOSFET 界面态正氧化层固定电荷

超深亚微米PMOSFET器件的nbti效应

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Journal of Semiconductors 2003年第6期24卷 626-630页

作者：韩晓亮郝跃西安电子科技大学微电子研究所西安710071

研究了超深亚微米 PMOS器件中的 nbti(负偏置温度不稳定性 )效应 ,通过实验得到了 nbti效应对PMOSFET器件阈值电压漂移的影响 ,并得到了在 nbti效应下求解器件阈值电压漂移的经验公式 .分析了影响nbti效应的主要因素 :器件栅长、硼穿通... 详细信息

研究了超深亚微米 PMOS器件中的 nbti(负偏置温度不稳定性 )效应 ,通过实验得到了 nbti效应对PMOSFET器件阈值电压漂移的影响 ,并得到了在 nbti效应下求解器件阈值电压漂移的经验公式 .分析了影响nbti效应的主要因素 :器件栅长、硼穿通效应和栅氧氮化以及其对器件寿命退化的作用 .给出了如何从工艺上抑制

关键词：超深亚微米 nbti效应可靠性

深亚微米p^+栅pMOSFET中nbti效应及氮在其中的作用

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Journal of Semiconductors 2005年第1期26卷 84-87页

作者：韩晓亮郝跃刘红侠西安电子科技大学微电子研究所西安710071

研究了p+ 栅pMOSFET中的nbti效应 .通过实验分析了nbti应力后器件特性及典型参数的退化 ,研究了氮化栅氧中氮对nbti效应的作用 ,并给出了栅氧中的氮对nbti效应影响的可能机制 ,即栅氧中氮形成的Si—N键不易被分解 ,但栅氧中的氮提供了H+... 详细信息

研究了p+ 栅pMOSFET中的nbti效应 .通过实验分析了nbti应力后器件特性及典型参数的退化 ,研究了氮化栅氧中氮对nbti效应的作用 ,并给出了栅氧中的氮对nbti效应影响的可能机制 ,即栅氧中氮形成的Si—N键不易被分解 ,但栅氧中的氮提供了H+ 的陷阱中心 ,导致nbti效应中氧化层正固定电荷的增加。

关键词： nbti效应氮化栅氧界面态氧化层正固定电荷

基于nbti效应的数字型高精度老化监测电路设计

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科技通报 2017年第2期33卷 104-108页

作者：姚剑婷刘画池贾徭吴诒轩王超张跃军宁波大学信息科学与工程学院浙江宁波315211

随着晶体管特征尺寸的减小,负偏压温度不稳定性(negative bias temperature instability,nbti)已经成为影响电路老化的关键因素,准确地衡量老化程度是抗老化设计前提条件。通过对nbti效应和老化监测原理的研究,提出一种数字型高精度老... 详细信息

随着晶体管特征尺寸的减小,负偏压温度不稳定性(negative bias temperature instability,nbti)已经成为影响电路老化的关键因素,准确地衡量老化程度是抗老化设计前提条件。通过对nbti效应和老化监测原理的研究,提出一种数字型高精度老化监测电路方案。首先,利用两个结构相同的压控振荡器(voltage controlled oscillator,VCO)产生基准频率f0和老化频率fx;然后,采用等精度测量将老化频率与基准频率进行对比,结合放大因子等方法降低截断误差,达到高精度监测的目的。实验结果表明,在1.2 V电源电压27℃下监测电路的精度可达到0.02%。

关键词： nbti效应 VCO电路等精度测量老化监测

影响PMOSFET中nbti效应的相关因素研究

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微电子学 2004年第5期34卷 547-550页

作者：韩晓亮郝跃刘红霞西安电子科技大学微电子研究所陕西西安710071

　在PMOSFET上施加负栅压和高温应力后,出现的nbti效应是超深亚微米MOS器件中重要的可靠性问题之一。研究了nbti效应对PMOSFET器件参数的影响及其产生机理;基于nbti效应的产生模型,分析了Si/SiO2界面处氢、氮和水等相关因素对nbti效应... 详细信息

　在PMOSFET上施加负栅压和高温应力后,出现的nbti效应是超深亚微米MOS器件中重要的可靠性问题之一。研究了nbti效应对PMOSFET器件参数的影响及其产生机理;基于nbti效应的产生模型,分析了Si/SiO2界面处氢、氮和水等相关因素对nbti效应的影响;介绍了减小nbti效应的方法。

关键词： nbti效应 PMOSFET 界面陷阱氧化层固定电荷

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P型VDMOS器件nbti效应的研究

P型VDMOS器件NBTI效应的研究

作者：陈珍西安电子科技大学

学位级别：硕士

纳米级工艺的栅氧化层厚度仍在继续缩小，但是由于功率MOS器件的广泛应用，超厚栅氧化层工艺仍有其研究的价值。功率VDMOS因为其优良的开关性能使得兆赫兹技术的应用成为可能，这将使得功率VDMOS成为应用于高频开关电源非常有吸引力的... 详细信息

纳米级工艺的栅氧化层厚度仍在继续缩小，但是由于功率MOS器件的广泛应用，超厚栅氧化层工艺仍有其研究的价值。功率VDMOS因为其优良的开关性能使得兆赫兹技术的应用成为可能，这将使得功率VDMOS成为应用于高频开关电源非常有吸引力的器件。高频工作特性允许小尺寸无源器件（如变压器、线圈、电容）的使用，因此减小了整机的重量和体积，使得功率VDMOS特别适合运用于通讯卫星供电系统。而且，功率VDMOS作为快速开关器件广泛应用于家用电器和汽车产业，工业以及军用电子产业。目前，VDMOS器件在不同应力（辐照、高场、温度和热载流子）作用下的退化已经成为科研工作者广泛研究的课题，但是国内外却很少有研究学者关注这些器件的nbti效应。而用于自动化和工业行业中的功率器件在常规使用中电场强度却越来越大，芯片温度也逐渐增高，足以构成nbti效应发生的条件，导致器件性能或参数退化。VDMOS器件的nbti效应已经严重影响了器件在使用中的可靠性。本文首先分析了功率VDMOS的结构及导电原理，根据击穿电压要求，理论推导出外延层掺杂浓度以及外延层厚度;然后根据阈值电压及栅氧化层厚度，确定了沟道掺杂浓度;接着利用ISE-TCAD工艺仿真软件对VDMOS进行了仿真，将仿真结果与实物相关参数及特性曲线进行了比较，得出了基本参数大致与IRF7416器件一致的仿真器件模型。最后以R-D模型为基础，利用器件模拟软件对其进行了nbti效应仿真，并分析了应力条件对阈值电压漂移的影响。接着对IRF7416器件进行了nbti实验，通过实验得到了NBT应力下器件静态参数退化趋势。着重分析了不同NBT应力下阈值电压随时间的退化特性，并将实验结果与仿真及文献中的结论进行了对比，解释了退化曲线异同的原因，最后根据经验公式建立了阈值电压退化模型。结合实验后器件的C-V测试曲线对阈值电压的漂移机理进行了合理的解释，得出结论：在短时间负偏压温度应力下，阈值电压随时间的退化曲线符合幂指数的退化规律，并呈两段式变化趋势。第一阶段产生的氧化层陷阱电荷及界面态电荷的数量增加较快，导致阈值电压漂移迅速，第二阶段由于水分子相关的电化学反应对界面陷阱电荷钝化作用加强，氧化层陷阱电荷对阈值电压的漂移起主导作用。论文的最后分析了影响VDMOS器件nbti退化的相关因素：如正栅压退火现象，自愈合效应以及工艺条件等。其中关于“工艺温度以及水和氢、氮和硼等物质”对nbti退化的分析，为有效监测器件nbti退化及减小nbti损伤提供了一定参考意义。

关键词： VDMOS nbti效应阈值电压漂移界面陷阱电荷氧化层陷阱电荷

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缓解由nbti效应引起的电路老化研究

电脑知识与技术 2019年第3期15卷 263-264页

作者：王威猛安徽理工大学计算机科学与工程学院安徽淮南232001

随着科学技术的进步,晶体管尺寸不断逼近物力极限,使得nbti((Negative Bias Temperature Instability))效应成为影响集成电路老化的主要因素。现有很多方法缓解电路的nbti点,如何避免每种方法的缺点而尽可能地发挥其最大的优势成为研究... 详细信息

随着科学技术的进步,晶体管尺寸不断逼近物力极限,使得nbti((Negative Bias Temperature Instability))效应成为影响集成电路老化的主要因素。现有很多方法缓解电路的nbti点,如何避免每种方法的缺点而尽可能地发挥其最大的优势成为研究的重点。

关键词： nbti效应电路老化门替换输入向量控制

7纳米GAAFET器件nbti及HCI效应研究

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7纳米GAAFET器件NBTI及HCI效应研究

作者：张珀菁华东师范大学

学位级别：硕士

当器件特征尺寸不断微缩至深纳米时,短沟道效应严重恶化了传统平面MOSFET器件的性能,非平面鳍式场效应晶体管(FinFET)成为了20纳米工艺节点以下普遍采用的器件。随着集成电路工艺技术持续进步,FinFET结构尺寸缩减进一步受到限制,环栅场... 详细信息

当器件特征尺寸不断微缩至深纳米时,短沟道效应严重恶化了传统平面MOSFET器件的性能,非平面鳍式场效应晶体管(FinFET)成为了20纳米工艺节点以下普遍采用的器件。随着集成电路工艺技术持续进步,FinFET结构尺寸缩减进一步受到限制,环栅场效应晶体管(GAAFET)因其强栅控能力以及良好的短沟道抑制能力被广泛认为在5纳米工艺节点以下将取代FinFET。与此同时,可靠性问题一直是制约纳米器件和电路性能的关键,GAAFET的新结构和新工艺将会使得其可靠性出现新的特征。因此,研究GAAFET器件的可靠性并分析其失效机理对高性能、高可靠性集成电路设计至关重要。本文在分析深纳米级FinFET和GAAFET器件性能基础上,对GAAFET器件的nbti和HCI效应进行了深入研究。论文主要工作如下:1)采用Sentaurus TCAD软件比较分析了5纳米和7纳米工艺节点下FinFET和GAAFET器件的静态、动态特性以及其可靠性特性。结果表明,增加GAAFET垂直堆叠的纳米线通道数可将器件驱动电流从12.844μA提高到40.318μA,DIBL和SS分别从47.11 mV/V和76.58 mV/dec增加到了53.19 mV/V和78.41mV/dec。尽管如此,GAAFET的栅控能力和DIBL特性仍优于同一工艺节点下的FinFET器件。但在器件动态特性和可靠性上,GAAFET器件却表现出劣势且与纳米线形状相关,当纳米线横截面为圆形时其nbti效应导致的V退化(54.36mV)比矩形时的V退化(64.58 mV)降低了10.22 mV。2)对7纳米GAAFET器件的nbti效应展开仿真分析,并深入理解界面态和不同Spacer对nbti效应特性的作用机制。结果表明:(1)引入单陷阱,可使I相对偏移量从21.94%(SiO)降到13.15%(HfO),也可使nbti效应所导致的V退化量从60.1 mV(SiO)减小到51.8 mV(HfO);(2)单个界面陷阱可以使器件特性产生明显偏移且偏移量与陷阱位置和能级相关,当陷阱位于沟道中心附近时,V和I最大相对偏移量分别达到10.53%和36.12%,陷阱能级靠近导带时更易释放电子从而使得V和I的相对偏移量增加了19.43%和66.13%,但栅电容的相对偏移量小于1%;(3)源漏电压增加会使nbti效应所致阈值电压退化从66.6 mV(V=0 V)减小到61 mV(V=-0.7 V),且其值随温度和应力电压增加而变大。3)深入研究了7纳米GAAFET器件的HCI效应。结果表明:(1)HCI效应主要影响器件饱和区特性参数;(2)GAAFET器件在V=V=-0.7 V时,沟道功耗密度(244 W/cm)及漏区载流子碰撞电离率(6.21×1077 cms)达到最大,从而使HCI所致V退化量达到27 mV;(3)缩小器件尺寸和提高掺杂浓度会恶化HCI效应,增大Spacer介电常数可使电场峰值从7.18×10 V/cm(SiO)减小到6.15×10 V/cm(HfO),有效抑制了HCI效应;(4)当应力时间为10秒时,V相对退化分别为8.78%@V=V=-0.7 V和16%@V=-0.7 V&V=0 V。综上所述,本论文研究成果为深纳米工艺代GAAFET器件的结构设计、工艺制备和可靠性建模提供了重要参考。

关键词： GAAFET 可靠性 nbti效应热载流子效应 TCAD

基于神经网络的逻辑门nbti退化建模与计算

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微电子学 2019年第5期49卷 713-717页

作者：卿健张珀菁郭海霞李小进孙亚宾石艳玲华东师范大学电子工程系

提出了基于神经网络的逻辑门退化延迟模型。根据逻辑门延迟数据特征,采用神经网络BP算法,对仿真样本数据进行训练,获得7种基本逻辑门延迟退化计算方法以及网络模型参数。基于45nm CMOS工艺进行验证,模型计算值与Spice仿真数据的误差不超... 详细信息

提出了基于神经网络的逻辑门退化延迟模型。根据逻辑门延迟数据特征,采用神经网络BP算法,对仿真样本数据进行训练,获得7种基本逻辑门延迟退化计算方法以及网络模型参数。基于45nm CMOS工艺进行验证,模型计算值与Spice仿真数据的误差不超过5%。在此基础上,提出nbti效应下的电路路径延迟退化计算流程,并编写计算程序,对基本逻辑门构成的任意组合逻辑电路(ISCAS85)进行nbti退化分析,获得路径时序的nbti退化量。采用该模型,可在电路设计阶段预测电路时序,为高性能、高可靠性数字集成电路的设计提供重要依据。

关键词： nbti效应逻辑电路退化延迟模型神经网络