soi电路可靠性筛选技术与失效机理研究1

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1、2013-2014第二学期集成封装与测试课程考核SOI电路可靠性筛选技术与失效机理研究领域：微电子学本科生：李慧2011303620李长庆2011303618冯琪琛2011303610相恒亮2011303625练霄宇2011303621王旭阳2011303623指导教师：王少熙西北工业大学软件与微电子学院2014年4月摘要绝缘体上硅（SOI）作为集成电路制造的一种新型材料，拥有较低的寄生电容、较弱的短沟效应、高速和低功耗的优势，在高温高频大功率方面有非常广阔的应用前景，在空间及军事电子领域也已取得一定的进展。本文对SOI的失效

2、机理及其对应的可靠性筛选技术展开讨论。首先对可靠性筛选技术进行概述并阐述了可靠性筛选试验的重要性，介绍了可靠性筛选的特点，并对不同的筛选方法进行了比较。本文针对SOI电路的可靠性筛选技术主要介绍老炼和环境应力试验、高温贮存试验及辐照试验。在对SOI电路可靠性筛选的分析过程中，发现其在工作时存在一些失效现象，严重地影响了电路的工作性能。然后本文展开了对SOI电路失效机理的研究。选取了可靠性筛选技术索要筛选的对象缺陷中较为普遍的五种缺陷，分别为Kink效应、寄生双极器件效应、自加热效应、热载流子注入效应和辐射效应。通过对kink效

3、应的分析发现漏电压高于某个值时便会触发浮体效应使得输出特性曲线向上弯曲，通过数学建模进行进一步分析发现适当减少掺杂浓度、减薄栅氧化层厚度、增大可以得到抑制kink效应的最佳效果。于是提出以体接触和LDD为首的解决及优化方法。在分析寄生双极器件效应时发现浮体效应仍是主要因素，不过与kink效应不同的是从源(发射极)到体(基极)注入的电子向漏极运动(集电极)，空穴电流起到基极电流的作用，使寄生双极器件导通。解决方案在kink解决方案的基础上增加了减少载流少子寿命、选择合适的硅膜厚度和降低沟道区掺杂浓度的方法。然后本文分析了自加热效

4、应，主要的产生原因为器件沟道所产生的电流引起的热聚积和温度升高，引起沟道电流降低。于是提出解决方案，主要有二，一是运用热导率更高的材料，二是运用DSOI结构以提供排放通道来解决自加热问题。接着本文分析了热载流子注入效应，建模分析得到在薄层SOI器件、特别是深亚微米全耗尽SOI/MOSFET中，沟道前表面漏结处的电子浓度对热载流子效应的影响较大，并且在全耗尽的薄SOI器件中栅氧的抗热载流子注入效应的能力更好。同时提出两点解决方法：将Si膜的厚度控制在一定的区域和改善工艺。最后，本文对辐射效应进行了相应的分析和探讨，并提出了相应的

5、解决方案，一是使用薄栅，二是采用特殊工艺设计埋氧、场氧和侧壁氧化物。2关键词：SOI可靠性筛选失效机理kink效应寄生双极器件效应自加热效应热载流子注入效应辐射效应AbstractWiththeadvantageoflowparasiticcapacitance,weakshortchanneleffect,highspeedandlowpowerconsumption,silicon-on-insulator(SOI)hasbeenmanufacturedasanewmaterialintheintegratedcircui

6、t(IC).SOIhasaverybroadapplicationinthefieldsofhigh-temperature,high-frequencyandpowerICs,whiletherehasalsobeensomeprogressinspaceandmilitaryelectronics.ThispaperreportsthefailuremechanismoftheSOIanddiscussesthecorrespondingreliabilityscreeningtechnology.First,thispa

7、perdescribesanoverviewofthereliabilityofscreeningtechniquesandexplainstheimportanceofthereliabilityofthescreeningtest.Thedifferenceofthecharacteristicsofthereliabilityscreeningmethodsarecompared.Intheprocessofanalysis,wefoundthattherearesomefailurephenomenaatwork,wh

8、ichseriouslyaffectedtheperformanceofthecircuit.ThenthispaperstudiesfailuremechanismonSOI.Fivedefectsarechosen.TheyaretheKinkeffect,theeffe