[发明专利]一种基于非均匀分布界面陷阱的NBTI退化模型获取方法

说明书

本发明公开了一种基于非均匀分布界面陷阱的NBTI退化模型获取方法，方法包括：步骤一：划分MOS器件不同区域内的界面陷阱分布，得到界面陷阱的总分布框架；步骤二：根据几何结构分别计算每个区域内的界面陷阱分布密度，得到非均匀分布的界面陷阱总密度；步骤三：根据ΔN_IT总密度得到NBTI引起的阈值电压偏移，获得基于几何结构分析的NBTI退化模型。本发明提出的模型纳入了NBTI效应产生的界面陷阱的实际分布情况，从而能精准地计算MOS器件中产生的界面陷阱电荷总密度，进而得到阈值电压的退化模型，所需拟合参数少，适用性广泛，该模型对于器件可靠性提供了更准确的预测。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种基于非均匀分布界面陷阱的NBTI退化模型的精确获取方法。

背景技术

随着半导体工艺技术进入深亚微米时代，负偏压温度不稳定性(NBTI)成为影响器件性能退化及寿命的主要因素之一，精确描述器件退化的物理机理和性能的模型是器件可靠性方面亟待解决和完善的一大问题。有研究提出由负偏压温度不稳定性引起的界面陷阱不是均匀地分布在沟道中，NBTI退化强烈地依赖于器件的几何结构，尤其是与沟道的长度和宽度相关。但是目前这一方面很少受到关注。被普遍接受的反应-扩散(R-D)模型和电荷俘获/脱离(T/D)模型都没有涉及到器件几何结构相关的影响，其认为缺陷与陷阱是均匀且随机地分布在沟道中，NBTI退化只与垂直电子场，温度以及一些工艺拟合常数相关。而实际上NBTI退化与器件尺寸大小和缺陷或陷阱的不均匀随机分布密切相关。因此建立精确的MOS器件NBTI退化模型是全套器件模型中的一个难点，也是分析器件，甚至整个电路可靠性的关键环节。

通常，由界面陷阱(ΔN_IT)，空穴陷阱(ΔN_HT)和氧化物陷阱(ΔN_OT)来解释NBTI退化机制。其中ΔN_IT在应力期间逐渐积累并在应力中断后缓慢恢复，ΔN_HT在应力下快速饱和并且在应力之后快速恢复，ΔN_OT用来解释一些不可忽略的实验情况。虽然这些电荷都在NBTI退化中发挥了自己的作用，但长期情况下来说NBTI可靠性仍然由ΔN_IT为主导，并且是基于R-D理论模型来进行主要分析。

由于目前已有的NBTI退化模型并没有关于沟道边缘区域界面陷阱分布的准确计算，为了得到更加准确的退化模型公式，本发明提出了一种考虑器件沟道长度和宽度几何结构的影响，基于非均匀分布界面陷阱的NBTI退化模型获取方法，该方法获取的模型具有较高的物理意义，并且具有一定的拓展性，普适性。为了获得器件各区域精确的界面陷阱分布框架，需要按照一定的目标进行划分计算，如沟道边界和轻掺杂漏极(LDD)重叠区域的界面陷阱分布等，划分方法和计算方法基于简单的数学演化推导，得到具有物理意义且公式简洁易懂的NBTI退化模型。

发明内容

本发明提出了一种基于非均匀分布界面陷阱的NBTI退化模型获取方法，方法包括：

步骤一：划分MOS器件不同区域内的界面陷阱分布，得到界面陷阱的总分布框架；

步骤二：根据几何结构分别计算每个区域内的界面陷阱分布密度，得到非均匀分布的界面陷阱总密度；

步骤三：根据所述ΔN_IT总密度得到NBTI引起的阈值电压偏移，获得基于几何结构分析的NBTI退化模型。

本发明提出的所述基于非均匀分布界面陷阱的NBTI退化模型获取方法中，按如下步骤划分MOS器件的不同区域：

划分MOS器件的有效沟道区域为第一区域；

划分MOS器件的多晶硅栅极下方的轻掺杂漏极次扩散区域为第二区域；

划分位于所述第一区域附近的硅局部氧化区域为第三区域；及

划分位于所述第三区域下方的轻掺杂漏极次扩散区域为第四区域。