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1、SOIMOSFET器件的热载流子退化机理电子产品可靠性与环境试验VoL24No.4Aog.2006SOIMOSFET器件的热载流子退化机理★章晓文',恩云飞',赵文彬,李恒(1.信息产业部电子第五研究所.广东广州510610:2.中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏无锡214035)摘要:介绍了绝缭体上硅(sod材料的制作方法皤进了SOlMOSFET器件的热载流子注入效应的失效机理.研究表明:前沟和背面缺陷的嘏合效应是SOl器件的特有现象.对SOI器件的退化构成潜在的威胁.虽抟失效机理比体硅器件复杂但并不会阻碍高性能,低电
2、压ULS1SOI电路的发展.关键词:绝缘体上硅;热载流子注入效应;失敷机理;可靠性中图分类号:TN386.1文献标识码:A文章编号:1672-5468(2006)D4-(RRD-05HotCarrierDegradationMechanismsinSO1MOSFETsZHANGXiao—Well.,ENYun-fei.ZHAOWen_bin,LIHen(1.CEPREI,Guangzhou510610,China;2.ChinaElectmnicsTechnology.GroupCorporationNo.58Institut
3、e,Wuxi214035,China)Abstract:ThefabricationofSOI(Silicon-on—insularor)malerialsisintroduced.TheSO1MOSFEThotcarrierdegradationmechanismisdiscussed.Itisdemonstratedthatthecouplingbetweenback—interfacedefectsandfrontthannelpropertiesisauniqueandvery.challengingdegradati
4、onphenomenainSO1.AlthoughtheagingmechanismsandinvestigationmethodsaremoresophisticatedthanthoseinbulkSi,thedegradationofSOlMOSFETsdoesnotappeartoimpedethedevelopmentofhiShperformancelow—voltageULSISOIcircuits.Keywords:SOI(silicononinsulator);hotcarrierirtiectioneffe
5、ct;failuremechanism;relia-bility1引言SOl与PN结隔离的体硅器件相比,不存在阱区.电路密度可以提高.具有优良的氧化物隔离结构,抗辐射特性好,SiO埋层消除了器件与衬底之问的耦台,从根本上消除了CMOS/SOI电路的闩锁效应;CMOS/'3O1器件的漏源结面积很小.因此.电容也小,由于器件分布电容小,漏电流也小.电路的动态功耗可以下降…一个典型的NMOSFET/SlMOX(注入氧隔离)的结构如图l所示,在衬底上有一层埋氧,在埋氧上是单晶硅层,用于制造器件.单晶硅层在栅电压li-基金项目:模拟集成
6、电路国家扭重点实验室基奎膏助项目(51433020101DZ1504).电子元器件可靠性抽m-_2/.~用技术国家叛重点实验室基奎贵助琦目(5143305(~DZ1502)收稿日期:2005—12-29恪回日期:2006-05—09作者简介:章晚文(1967一).男.江西奈千人,信息产业部电亍第五研究所可靠性研宄分析中心,电子元嚣件可靠性物理及其应用技术国家级重点实验室工程师,主要从事IC工艺可靠性评价与敷据分析,失效分析和模粗仿彝研究工作9电子产品可靠性与环境试验2006正作用下可以部分和全耗尽.由于埋氧的存在形成SOl器件
7、特有前栅与背栅,在栅电压或衬底偏压的作用下,单晶硅层上下均可形成导电沟道.图1NMOSFIMOX的结构圆埋氧不同于热氧化,它是富硅层.有高浓度的电子陷阱和空穴陷阱.虽然埋氧上界面的陷阱浓度的范围约是0.5～2x10ncm-2.eV-1.比热氧化的界面态密度高,但还不足以影响电路的性能.商业SOICMOS制造技术趋向越来越薄的顶层硅,一些技术领先的集成电路制造商目前正在进行超薄SOI圆片CMOS制造技术的研究;学术研究已深入到毫微米(<10nm)SOICMOS技术.除了与体硅器件有类似的栅氧可靠性,连接可靠性,金属化可靠性
8、问题,以及与热载流子注入有关的退化与失效问题外.SOI器件还有与体硅器件不同的可靠性问题,即自加热效应,栅氧和埋层的热载流子注入效应.2制造SOI材料的主要方法主要的两个技术途径是氧离子注入隔离技术和硅片直接键合与背面腐蚀技术.氧离子注入隔离技术是用高能量的氧离子注入硅片,然
