[發(fā)明專利]一種基于非均勻分布界面陷阱的NBTI退化模型獲取方法

有效

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• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107220477B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設計）人: 李小進;孫俊雅;孫亞賓;石艷玲;胡少堅;郭奧;田明;廖端泉;王昌鋒
• 申請（專利權）人: 華東師范大學;上海集成電路研發(fā)中心有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼;馬旸

本發(fā)明公開了一種基于非均勻分布界面陷阱的NBTI退化模型獲取方法，方法包括：步驟一：劃分MOS器件不同區(qū)域內的界面陷阱分布，得到界面陷阱的總分布框架；步驟二：根據幾何結構分別計算每個區(qū)域內的界面陷阱分布密度，得到非均勻分布的界面陷阱總密度；步驟三：根據ΔN_IT總密度得到NBTI引起的閾值電壓偏移，獲得基于幾何結構分析的NBTI退化模型。本發(fā)明提出的模型納入了NBTI效應產生的界面陷阱的實際分布情況，從而能精準地計算MOS器件中產生的界面陷阱電荷總密度，進而得到閾值電壓的退化模型，所需擬合參數少，適用性廣泛，該模型對于器件可靠性提供了更準確的預測。

技術領域

本發(fā)明屬于半導體技術領域，尤其涉及一種基于非均勻分布界面陷阱的NBTI退化模型的精確獲取方法。

背景技術

隨著半導體工藝技術進入深亞微米時代，負偏壓溫度不穩(wěn)定性(NBTI)成為影響器件性能退化及壽命的主要因素之一，精確描述器件退化的物理機理和性能的模型是器件可靠性方面亟待解決和完善的一大問題。有研究提出由負偏壓溫度不穩(wěn)定性引起的界面陷阱不是均勻地分布在溝道中，NBTI退化強烈地依賴于器件的幾何結構，尤其是與溝道的長度和寬度相關。但是目前這一方面很少受到關注。被普遍接受的反應-擴散(R-D)模型和電荷俘獲/脫離(T/D)模型都沒有涉及到器件幾何結構相關的影響，其認為缺陷與陷阱是均勻且隨機地分布在溝道中，NBTI退化只與垂直電子場，溫度以及一些工藝擬合常數相關。而實際上NBTI退化與器件尺寸大小和缺陷或陷阱的不均勻隨機分布密切相關。因此建立精確的MOS器件NBTI退化模型是全套器件模型中的一個難點，也是分析器件，甚至整個電路可靠性的關鍵環(huán)節(jié)。

通常，由界面陷阱(ΔN_IT)，空穴陷阱(ΔN_HT)和氧化物陷阱(ΔN_OT)來解釋NBTI退化機制。其中ΔN_IT在應力期間逐漸積累并在應力中斷后緩慢恢復，ΔN_HT在應力下快速飽和并且在應力之后快速恢復，ΔN_OT用來解釋一些不可忽略的實驗情況。雖然這些電荷都在NBTI退化中發(fā)揮了自己的作用，但長期情況下來說NBTI可靠性仍然由ΔN_IT為主導，并且是基于R-D理論模型來進行主要分析。

由于目前已有的NBTI退化模型并沒有關于溝道邊緣區(qū)域界面陷阱分布的準確計算，為了得到更加準確的退化模型公式，本發(fā)明提出了一種考慮器件溝道長度和寬度幾何結構的影響，基于非均勻分布界面陷阱的NBTI退化模型獲取方法，該方法獲取的模型具有較高的物理意義，并且具有一定的拓展性，普適性。為了獲得器件各區(qū)域精確的界面陷阱分布框架，需要按照一定的目標進行劃分計算，如溝道邊界和輕摻雜漏極(LDD)重疊區(qū)域的界面陷阱分布等，劃分方法和計算方法基于簡單的數學演化推導，得到具有物理意義且公式簡潔易懂的NBTI退化模型。

發(fā)明內容

本發(fā)明提出了一種基于非均勻分布界面陷阱的NBTI退化模型獲取方法，方法包括：

步驟一：劃分MOS器件不同區(qū)域內的界面陷阱分布，得到界面陷阱的總分布框架；

步驟二：根據幾何結構分別計算每個區(qū)域內的界面陷阱分布密度，得到非均勻分布的界面陷阱總密度；

步驟三：根據所述ΔN_IT總密度得到NBTI引起的閾值電壓偏移，獲得基于幾何結構分析的NBTI退化模型。

本發(fā)明提出的所述基于非均勻分布界面陷阱的NBTI退化模型獲取方法中，按如下步驟劃分MOS器件的不同區(qū)域：

劃分MOS器件的有效溝道區(qū)域為第一區(qū)域；

劃分MOS器件的多晶硅柵極下方的輕摻雜漏極次擴散區(qū)域為第二區(qū)域；

劃分位于所述第一區(qū)域附近的硅局部氧化區(qū)域為第三區(qū)域；及

劃分位于所述第三區(qū)域下方的輕摻雜漏極次擴散區(qū)域為第四區(qū)域。