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工艺偏差下PMOS器件的负偏置温度不稳定效应分布特性

汤华莲 许蓓蕾 庄奕琪 张丽 李聪

工艺偏差下PMOS器件的负偏置温度不稳定效应分布特性

汤华莲, 许蓓蕾, 庄奕琪, 张丽, 李聪
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  • 当器件特征尺寸进入纳米级,负偏置温度不稳定性(NBTI)效应和工艺偏差都会导致p 型金属氧化层半导体(PMOS)器件性能和可靠性的下降. 基于反应-扩散(R-D)模型,本文分析了工艺偏差对NBTI效应的影响;在此基础上将氧化层厚度误差和初始阈值电压误差引入到R-D模型中,提出了在工艺偏差下PMOS器件的NBTI效应统计模型. 基于65 nm工艺,首先蒙特卡罗仿真表明在工艺偏差和NBTI效应共同作用下,PMOS器件阈值电压虽然会随着应力时间增大而沿着负方向增加,但是阈值电压的匹配性却随着时间推移而变好;其次验证本文提出的统计模型准确性,以R-D模型为参考,在104 s应力时间内,PMOS 器件阈值电压退化量平均值和均方差的最大相对误差分别为0.058%和0.91%;最后将此模型应用到电流舵型数模转换器中,仿真结果显示在工艺偏差和NBTI效应共同作用下,数模转换器的增益误差会随着应力时间的推移而增大,而线性误差会逐渐减小.
      通信作者: 汤华莲, lily_thl@126.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61574109)、微光夜视技术重点实验室基金项目(批准号:9140C380502150C38001)和中央高校基本科研业务费(批准号:JB141109)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-18
  • 修回日期:  2016-05-18
  • 刊出日期:  2016-08-20

工艺偏差下PMOS器件的负偏置温度不稳定效应分布特性

  • 1. 西安电子科技大学微电子学院, 宽带隙半导体国家重点实验室, 西安 710071
  • 通信作者: 汤华莲, lily_thl@126.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61574109)、微光夜视技术重点实验室基金项目(批准号:9140C380502150C38001)和中央高校基本科研业务费(批准号:JB141109)资助的课题.

摘要: 当器件特征尺寸进入纳米级,负偏置温度不稳定性(NBTI)效应和工艺偏差都会导致p 型金属氧化层半导体(PMOS)器件性能和可靠性的下降. 基于反应-扩散(R-D)模型,本文分析了工艺偏差对NBTI效应的影响;在此基础上将氧化层厚度误差和初始阈值电压误差引入到R-D模型中,提出了在工艺偏差下PMOS器件的NBTI效应统计模型. 基于65 nm工艺,首先蒙特卡罗仿真表明在工艺偏差和NBTI效应共同作用下,PMOS器件阈值电压虽然会随着应力时间增大而沿着负方向增加,但是阈值电压的匹配性却随着时间推移而变好;其次验证本文提出的统计模型准确性,以R-D模型为参考,在104 s应力时间内,PMOS 器件阈值电压退化量平均值和均方差的最大相对误差分别为0.058%和0.91%;最后将此模型应用到电流舵型数模转换器中,仿真结果显示在工艺偏差和NBTI效应共同作用下,数模转换器的增益误差会随着应力时间的推移而增大,而线性误差会逐渐减小.

English Abstract

参考文献 (14)

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