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1、MOS器件可靠性器件可靠性北京大学微电子研究院北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益内内 容容 提提 要要主要的问题和研究主要的问题和研究未来的研究未来的研究简介简介MOS器件可靠性研究背景；研究内容；研究方法氧化层击穿深亚微米MOS器件特性退化SOC技术中存在的可靠性问题TDDBHotCarrier北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益简简 介介研究背景研究背景研究内容研究内容MOS器件可靠性对对
2、象：象：生产、使用过程中，器件电学性能的退化现象重要性：重要性：器件尺寸和电压不等比例下降电场增大新材料、器件结构的采用增强器件退化High-K栅材料、SOI、SOC生产、使用过程中缺陷的产生机制缺陷对器件性能的影响关系器件特性的退化规律器件寿命器件寿命北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益研究方法研究方法加速应力实验工作条件下器件退化时间很长（通常10年）利用高应力条件(高温、高电压)，加速器件退化从高压应力向工作条件外推出器件退化情况(器件寿命)退化表征方法退化电学参数的提取阈值电压漂移、饱和
3、漏电流改变应力产生缺陷的测量CV、电荷泵、DCIV、GIDL等(氧化层陷阱、界面态)缺陷产生模型和寿命预测模型北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益用户可靠性测量、测试退化实验特性测量分析表征技术特征参数统计分析物理分析结论失效规律 失效机理寿命、特性退化规律等半导体可靠性评估系统半导体可靠性评估系统样品北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益栅氧化层相关可靠性问题的根源栅氧化层相关可靠性问题的根源氧化
4、层减薄导致氧化层电场的增加器件沟道长度减小引起的Si横向电场的增加功耗加剧了器件工作温度研究背景北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益加速应力实验（电应力和温度应力）面积、失效率变换电压、温度变换JEDEC标准：标准：10年年10mm2，125C，失效失效0.1寿命预测模型研究方法北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事
5、业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益JEDECstandardWWW.jedec.orgGeneral, Wafer Level, Product LevelBipolar, Diode, Power Device, Memory etc,Test structure, procedure, criteria, projection modelJP 001.01 FOUNDRYPROCESSQUALIFICATIONGUIDELINES(WaferFabricationManufacturingSites)JEP 128 GUIDEFORSTANDARDPROBEPADSIZE
6、SANDLAYOUTSFORWAFERLEVELELECTRICALTESTING:北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益JEDECstandardJC-14.2 Wafer Level ReliabilityJESD 90 APROCEDUREFORMEASURINGP-CHANNELMOSFETNEGATIVEBIASTEMPERATUREINSTABILITIESJESD 35-A PROCEDUREFORWAFER-LEVEL-TESTINGOFTHINDIELECTRICS:JESD 6
7、0A APROCEDUREFORMEASURINGP-CHANNELMOSFETHOT-CARRIER-INDUCEDDEGRADATIONATMAXIMUMGATECURRENTUNDERDCSTRESS:JESD 28-A APROCEDUREFORMEASURINGN-CHANNELMOSFETHOT-CARRIER-INDUCEDDEGRADATIONUNDERDCSTRESS:北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益JEDECstandard北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建
8、立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益JEDECstandard北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益GateOxideIntegrityExtrinsicandIntrinsic Q & A北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益氧化层击穿类型A类B类C类A类：明显损伤；针孔B类：缺陷点；玷污原因：材料缺陷；工艺波动(清洗、氧化和光刻)；机械应力；后氧
9、化(等离子体破坏)等非本征击穿非本征击穿C类：占大部分比例，相对集中表征击穿表征击穿北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益非本征击穿：成品率非本征击穿：成品率制造过程中化学试剂的纯度吸真空高温退火制备后续工作筛选/预加电北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益GateOxideIntegrityV-Ramp（Linear）Defects at lower electric fieldJ-Ramp（Exp
10、onential）Fine segregation of high field breakdownsMuch less time than V-RampSmall area test structuresBounded J-RampA very repeatable Qbd measurement北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益V-RampDiagramAbsolute Current levelOxide current change slope北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系
11、，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益J-RampDiagram0.85-0.9北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益BoundedJ-RampDiagram0.85-0.9IFix北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益TestStructureAreadependentSTI-edgeintensivePoly-edgeIntensive北京大学
12、微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益TypicalData北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益超薄栅氧化层击穿超薄栅氧化层击穿Timedependentdielectricbreakdown(TDDB)简介简介缺陷产生的物理模型缺陷产生的物理模型氧化层击穿标准氧化层击穿标准寿命预测寿命预测BreakdownofUltra-thinoxide北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主
13、义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益超薄栅氧化层击穿简简 介介缺陷产生击穿机制栅电压栅电压高能载流子类氢物质释放氧化层缺陷介质击穿直接隧穿(3V)5V氢释放6V阳极空穴注入电子、空穴和中性陷阱界面陷阱栅电流(压)的突然增大硬、软击穿关键缺陷密度NBD缺陷产生率Pg依赖于VgcriticaldefectdensityforbreakdownBreakdownofUltra-thinoxide北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益硬击穿硬击穿大电流释放的能量引起栅氧化
14、层的破裂;器件无法正常工作软击穿软击穿表现为电流、电压的突然增加，或者电流噪声的增加器件还可以正常工作通常的击穿模式(Tox0SiO本征击穿：物理过程本征击穿：物理过程载流子注入到氧化层：载流子注入到氧化层：空穴破坏作用远大于电子氢原子或离子缺陷产生：缺陷产生：晶格破坏激活潜在缺陷北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益超薄栅氧化层击穿击穿的物理过程击穿的物理过程BreakdownofUltra-thinoxide北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业
15、单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益超薄栅氧化层击穿击穿的物理过程击穿的物理过程BreakdownofUltra-thinoxide北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益影响击穿的因素影响击穿的因素 面积效应面积效应 氧化层厚度氧化层厚度 温度温度北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益面积影响面积影响击穿特性：统计事件 面积越大，越容易出现击穿：ln(A1/A2)Area:10-6cm2
16、210-5cm2 5.2510-4cm2 2.4510-2cm2Normalized:10-6cm210-6cm2210-5cm2 5.2510-4cm2 2.4510-2cm2北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益氧化层厚度的影响氧化层厚度的影响击穿通道的形成威布尔分布斜率变化OxideDefectsGateSiliconBreakdownpath北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益面积和厚度的共同影响面积和厚度的共同影响面积变大：向左平移 ；厚度下降：斜率变大越薄面积引起的曲线平移越明显ln-ln(1-F)Q(bd)ThinThickLargeSmall图中面积：10-6 = 0.1cm211nm: Q(BD) 下降2倍4.3nm: Q(BD) 下降 100倍北京大学微电子研究院为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合
