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0.13μm pMOSFET的NBTI效应研究

作　者: 解江
导　师: 刘毅；恩云飞
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: 可靠性 NBTI 0.13μm CMOS工艺 PMOSFET
分类号: TN432
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 62次
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内容摘要

随着集成电路工艺尺寸不断减小,负偏置温度不稳定性(NBTI)效应对CMOS电路的影响日趋严重,其导致的PMOSFET的参数退化现象越来越不可忽视,成为制约CMOS电路寿命的主要因素之一。本文主要针对0.13μm铜互连工艺的PMOSFET的NBTI效应进行了深入研究。设计了NBTI测试结构,完成了版图设计和样品的流片及封装。规划了NBTI试验方案,对NBTI寿命模型的相关参数进行了测试和参数提取,确立了0.13μm的NBTI寿命模型,并与0.18μm CMOS工艺PMOSFET的NBTI寿命模型进行了比对分析。基于实际电路工作状态的考虑,以0.18μm工艺PMOSFET为试验对象,进行了动态NBTI效应的研究,对各种动态NBT应力下PMOSFET的参数退化情况进行了研究讨论。NBTI可靠性寿命试验方面,本文分别进行了NBTI效应时间参数、激活能、电场加速系数、器件参数的提取,较理想的拟合了0.13μm铜互连工艺的NBTI效应的退化状况。根据试验结果建立了器件寿命模型,推算出0.13μm电路在PMOSFET栅压为1.32V时,阈值电压漂移100mV需要的时间为18.1年。将其与0.18μm工艺提取的寿命参数相比较,确定了不同工艺水平对NBTI效应的影响程度。对动态NBTI效应进行了研究讨论,研究明确了频率、占空比、正栅压等应力情况下PMOSFET的阈值电压退化状况,确定了器件尺寸参数对动态NBTI效应的影响程度。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-19
  1.1 研究背景及意义  9-13
    1.1.1 半导体集成电路行业发展现状  9-11
    1.1.2 NBTI 效应及其对大规模集成电路的可靠性影响  11-13
    1.1.3 0.13μm CMOS 工艺PMOSFET 中NBTI 效应的研究意义  13
  1.2 NBTI 效应国内外研究现状  13-16
    1.2.1 NBTI 机理研究  14
    1.2.2 NBTI 效应与栅氧介质及工艺的关系  14-15
    1.2.3 NBTI 效应对于电路性能的影响  15
    1.2.4 NBTI 和HCI 互耦合机制的研究  15-16
  1.3 本论文研究内容  16-19
第二章 NBTI 测试结构及试验条件准备  19-27
  2.1 测试结构预计及设计  19-22
  2.2 温度应力的精准控制测试结构化  22-24
  2.3 封装与测试  24-27
第三章 NBTI 试验及测试方案  27-33
  3.1 测试方案思路  27-31
    3.1.1 加速寿命模型  27-29
    3.1.2 试验目标及试验设计  29-31
  3.2 阈值电压及其他参数的测定方法  31-33
第四章 PMOSFET 的 NBTI 退化情况及其机理  33-41
  4.1 PMOSFET 静态参数随NBTI 应力时间的退化  33-36
  4.2 引起NBTI 效应机理介绍  36-41
第五章 NBTI 寿命试验  41-49
  5.1 应力时间t 与阈值电压漂移量的关系  41-43
  5.2 温度应力T 与阈值电压漂移量的关系  43-44
  5.3 栅极电压Vgs 与阈值电压漂移量的关系  44-45
  5.4 器件尺寸W 与L 与阈值电压漂移量的关系  45-46
  5.5 NBTI 寿命模型建立  46-49
第六章动态NBTI 效应研究  49-61
  6.1 动态NBTI 效应的机理  50-52
    6.1.1 动态NBTI 效应与频率的关系  50
    6.1.2 动态NBTI 效应与占空比的关系  50-51
    6.1.3 动态NBTI 效应与应力栅电场的关系  51-52
  6.2 动态NBTI 效应的试验设置  52
  6.3 动态 NBTI 试验及分析  52-57
    6.3.1 动态 NBTI 下 PMOSFET 的退化情况  53
    6.3.2 动态 NBTI 不同频率下阈值电压的退化  53-54
    6.3.3 动态 NBTI 不同占空比的情况下阈值电压的退化  54-55
    6.3.4 动态 NBTI 不同温度的情况下阈值电压的退化  55-56
    6.3.5 动态 NBTI 不同电应力条件下阈值电压的退化  56-57
  6.4 动态 NBTI 效应模型  57-61
第七章结束语  61-63
致谢  63-64
参考文献  64-68

0.13μm pMOSFET的NBTI效应研究

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