超短沟道绝缘层上硅平面场效应晶体管中热载流子注入应力导致的退化对沟道长度的依赖性

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．64，No．16(2015)167305超短沟道绝缘层上硅平面场效应晶体管中热载流子注入应力导致的退化对沟道长度的依赖性冰刘畅)2)卢继武2)吴汪然)2)唐晓雨)2)张睿2)俞文杰3)王曦3)赵毅1)2)4)t1)(南京大学电子科学与工程学院，南京210093)2)(浙江大学信息与电子工程学系，杭州310027)3)(中国科学院上海信息技术与微系统研究所，上海200050)4)(浙江大学硅材料国家重点实验室，杭州310027)(2015年2月5日收30；

2、2015年4月23日收到修改稿)随着场效应晶体管(MOSFET1器件尺寸的进一步缩小和器件新结构的引入，学术界和工业界对器件中热载流子注入(hotcarrierinjections，HCI1所引起的可靠性问题日益关注．本文研究了超短沟道长度(L=30—150nm)绝缘层上硅(silicononinsulator，SOI)场效应晶体管在HCI应力下的电学性能退化机理．研究结果表明，在超短沟道情况下，HCI应力导致的退化随着沟道长度变小而减轻．通过研究不同栅长器件的恢复特性可以看出，该现象是由于随着

3、沟道长度的减小，HCI应力下偏压温度不稳定性效应所占比例变大而导致的．此外，本文关于SOI器件中HCI应力导致的退化和器件栅长关系的结果与最近报道的鳍式场效晶体管(FinFET)中的结果相反．因此，在超短沟道情况下，SOI平面M0SFET器件有可能具有比FinFET器件更好的HCI可靠性．关键词：绝缘层上硅，场效应晶体管，热载流子注入，沟道长度PACS：73．40．Qv，73．63．一bDOI：10．7498／aps．64．167305栅极氧化层中，从而以陷阱电荷或者界面陷阱的1引言形式对器件造

4、成新的损伤．从器件特性来看，HCI效应将导致器件阈值电压(h)的增大饱和电流热载流子注入(hotcarrierin{ections，HCI)所(t)的下降和最大跨导(．g)的减小．引起的器件特性退化一直是场效应晶体管fMOS—从图1中HCI效应的基本物理图像可以看出，FET)器件可靠性研究中的一个重要课题．当如果维持栅极电压()和漏端电压()不变，随着MOSFET处于开启状态时，在靠近漏端的沟道栅极长度的减小，横向电场将会增大，HCI效应将处是高电场强度的耗尽层，因此反型层中的载流子会更加严重，

5、己有很多文献报道了类似的结果[1】．在这个区域中不断得到加速，从而获得足够的动能然而实际情况是随着栅长的减小，MOSFET器件成为热载流子，热载流子与晶格产生碰撞电离而产的电源电压或者和都在不断减小，电场强度生电子空穴对．这些新电子和空穴在纵向电场作并未明显增大，因此在很长一段时间内，MOSFET用下，部分可以越过Si—Si02之间的势垒而注入到器件并未遇到HCI效应变严重的现象．国家重点基础研究发展规划(批准号：2011CBA00607)、国家自然科学基金(批准号：61376097)、浙江省自

6、然科学基金(批准号LR14F040001)和功能信息材料国家重点实验室开放课题(批准号：SKL201304)资助的课题．t通信作者．E—mail：yzhao@nju．edu．cn@2015中国物理学会ChinesePhysicalSociety耽tp：／／wulixb．hy．ac．cn物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．64，No．16(2015)167305Gatelengthdependenceofhotcarrierinjectiond'egrad'at-●lOni●ns1nortJ

7、C1nanne1Sl●1ll●COnoni·nsu'lat·orD1lanarMoSFET冰LiuChang)。)LuJi—Wu)WuWang—Ran)。)TangXiao—Yu))ZhangRui)YuWen—Jie。)WangXi。)ZhaoYi))4)t1)(SchoolofElectronicScienceandEn#neering，NanjingUniversity,Nanjing210093，China)2)(DepartmentofInformationScienceandElec

8、tronicEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)3)(ShanghaiInstituteofMicrosystemandInformationTechnology,ChineseAcademyofSciences，Shanghai200050，China)4)(StateKeyLaboratoryofSiliconMaterials，ZhejiangUnviersity,Hangzhou310027,China)(Receive