超深亞微米MOS器件RTS噪聲研究.pdf

1、原生和強場誘生并與電場奇異性密切相關的邊界陷阱是影響深亞微米MOS器件可靠性的關鍵因素之一。隨著器件尺寸的不斷縮小和柵介質厚度的降低，邊界陷阱引起的溝道噪聲也正逐漸增大，同時器件的1/f噪聲退化為RTS噪聲。這使得深亞微米器件的可靠性問題具有更加顯著的隨機性，從而使其分析和表征變得更加復雜。 本文首先在深入研究半導體器件低頻噪聲的檢測方法的基礎上，建立了基于虛擬儀器的深亞微米器件RTS噪聲測試系統(tǒng)。利用數字濾波的方法改進了RTS

2、噪聲參數提取方法。較以往的RTS噪聲研究中的方法具有更高的精度和可靠性，而且該方法還便于自動化測量的應用。詳細分析了影響該測試系統(tǒng)誤差的因素并且針對這些因素，提出了一系列調節(jié)器件偏置、放大器截止頻和放大倍率等參數來發(fā)揮測試系統(tǒng)性能的方法。90mm的MOS器件的測試結果顯示，本文測試系統(tǒng)能夠靈敏地測量深亞微米器件的RTS噪聲。 利用這一測量系統(tǒng)，系統(tǒng)地研究了邊界陷阱交換載流子的物理機制，提出多晶硅柵極與陷阱的載流子交換也符合熱激活

3、+隧穿機制，對多晶硅柵電極建立了物理模型，并據此建立器件RTS噪聲時間模型。結合Hung和Gerard的模型優(yōu)勢，同時考慮載流子數漲落、遷移率漲落和柵極的影響建立RTS噪聲幅度模型，利用柵極的影響解釋了RTS噪聲幅度的寬范圍分布。在幅度模型中使用了絕對幅度，這非常有利于參數提取的方便以及系統(tǒng)誤差的消除。除此之外，建立了RTS噪聲特征參數與器件端口偏置關系模型，模型使用的參數都是一些可以很容易獲得和測量的參數，方便在陷阱分析中使用。測試結

4、果證實，柵極也參與了與陷阱的載流子交換，本文模型能夠準確地描述陷阱電荷對溝道電流的影響。 之后，基于該模型提出通過正反向測量器件非飽和區(qū)噪聲來確定邊界陷阱的橫向位置的方法。該方法可以準確計算深亞微米器件邊界陷阱橫向位置，還避免了Zeynep方法中對器件造成損傷的可能。此后，在提取出的陷阱位置信息的基礎上，改進了陷阱深度和能級的提取方法、陷阱散射系數的提取方法，測定了器件中陷阱的俘獲截面和激活能。實測說明，本方法較傳統(tǒng)方法更方便、