當(dāng)集成電路的器件,經(jīng)過一段時間的下作,器件的電學(xué)性能會逐步退化。如閾值D27C512D-20電壓(V|b)漂移.跨導(dǎo)(Gm)降低,飽和電流(Jdψ)減小,關(guān)態(tài)泄漏電流(Ii")升高,最后導(dǎo)致器件不能正常丁作。研究表明,這種現(xiàn)象是由熱載流子所致,故稱為熱載流子注人效應(yīng)(H ot(rF1rrier Injection,HCI)。

   熱載流子是指其能童比費米能級大幾個KT以上的載流子。這些載流子與晶格不處于熱平衡狀態(tài),當(dāng)其能量達(dá)到或超過Si SiO=界面勢壘時(對電子注人為3.2eV,對簾穴注人為1.5eV)便會注人氧化層中.產(chǎn)⒋界畫態(tài)、氧化層缺陷或被陷阱所俘獲.使氧化層電荷增加或波動不穩(wěn),這就是熱載流子效應(yīng)。熱載流子包括熱電子和熱空穴。

   當(dāng)M(E器件丁作時,載流子(電子或空穴)從源向漏移動,在漏端高電場區(qū)獲得動能。隨著能量的累積,這些高能載流子不再與晶格保持熱平衡狀態(tài),而是具有高于品格熱能(KT)的能量,稱熱載流子。當(dāng)熱載流子的能量超過一定的閾值就會產(chǎn)生碰撞電(impactionization〉。碰撞電離產(chǎn)生的電子空穴對會產(chǎn)生更多的子空穴對,從而發(fā)生雪崩效應(yīng)。有一部分熱載流子具有較高能董,能夠克服接口勢壘注人靠近漏端的氧化層。這

些注人的載流子會被俘獲在柵氧化層中,或si/Si()2界面,或損壞(打斷Si―H鍵)G從I阿導(dǎo)致器件的電學(xué)性能退化,器件不能正常I作。

   PMOs在柵極負(fù)偏壓和較高溫度匚作時,其器件參數(shù)如V】h、Gm和】d訊等的不穩(wěn)定性叫負(fù)偏壓溫度不穩(wěn)定性(Negativc has Temperaturc Instability,NBTI)。NBTI最早報道于1966年。圖15.6是NB'ΓI實驗中,典型的V】h隨時間r的退化曲線。近幾年來,隨著集成電路特征尺寸縮小,柵電場增加,集成電路I作溫度升高,氮元素?fù)饺藷嵘L的柵氧化層,NBTI成為集成電路器件可靠性的關(guān)鍵失效機理之一。

   NBTI是一種導(dǎo)致PM()s閾值電樂升高(也就是器件變得更難開啟)的現(xiàn)象.其他的一些參數(shù)比如飽和電流JⅡ`.跨導(dǎo)卩∷等也就相應(yīng)地受到影響。界面態(tài)的形成是產(chǎn)生`B1′I效應(yīng)的主要囚素,而氫氣和水汽是引起NBTI的兩種主要物質(zhì),它們在界面上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng),形成施主型界面態(tài)Nit,引起閾值電壓漂移的過程。另外在器件操作過程中產(chǎn)生的氧化物陷阱電荷Not,也會使閾值電壓漂移等。實

驗表明NBTI發(fā)生的條件是在S卜⒏02界面處必須有空穴的存在。