金氧半元件在交流脈波工作下之熱載子效應

Abstract

本論文中我們提出一個元件在交流操作下的退化機構。當汲極和閘極在高電壓時熱電 子注入氧化層并且打斷矽氫鍵產生三價矽原子和未鍵結的氫原子。在高汲極電壓時當 閘極電壓在開或關的過程中熱電洞注入氧化層并且和三價矽原子結合產生帶正電荷的 矽原子, 下個週期注入的熱電子中和此帶正電荷的矽原子, 經此過程產生能量, 造成 接受–似陷阱或產生介面狀態。因此, 三價矽原子的濃度和注入的熱電洞量決定元件 的退化率。 在此論文中我們探討兩次擴散汲極(DDD) 和不同制程參數所做的汲極微量參雜金氧半 場效電晶體(LDD MOSFET)在交流偏壓下的熱載子感應退化現象。在汲極微量參雜金氧 半電晶體中, 其退化機構區分成通道區和汲極微量參雜區, 但主要的退化機構產生在 汲極微量參雜區, 它造成串聯電阻的增加和電導的降低等現象。相反的, 在兩次擴散 汲極電晶體中, 其主要的退化機構是產生在通道區, 它造成元件臨界電壓的偏移。 經由不同的偏壓條件, 我們可以驗證模型參數–產生三價矽原子的時間、三價矽原子 和未鍵結氫原子再結合的時間。在此研究中我們發現當元件偏壓在一個固定的直流汲 極電壓和一個交流脈波閘極電壓它的退化率比汲極和閘極同時加交流脈波電壓時還大 , 而兩者同時加直流電壓時它的退化率最小。四種不同制程參數的汲極微量參雜金氧 半場效電晶體它的退化模式主要是由汲極微量參雜區的濃度和邊牆(Sidewall)長度所 決定。此外, 我們也研究元件在不同的頻率操作下的熱載子效應。最后, 藉由實驗的 經驗方式, 我們可以預估元件在交流工作下的生命期。