当集成电路的器件,经过一段时间的下作,器件的电学性能会逐步退化。如阈值D27C512D-20电压(V|b)漂移.跨导(Gm)降低,饱和电流(Jdψ)减小,关态泄漏电流(Ii")升高,最后导致器件不能正常丁作。研究表明,这种现象是由热载流子所致,故称为热载流子注人效应(H ot(rF1rrier Injection,HCI)。

   热载流子是指其能童比费米能级大几个KT以上的载流子。这些载流子与晶格不处于热平衡状态,当其能量达到或超过Si SiO=界面势垒时(对电子注人为3.2eV,对帘穴注人为1.5eV)便会注人氧化层中.产⒋界画态、氧化层缺陷或被陷阱所俘获.使氧化层电荷增加或波动不稳,这就是热载流子效应。热载流子包括热电子和热空穴。

   当M(E器件丁作时,载流子(电子或空穴)从源向漏移动,在漏端高电场区获得动能。随着能量的累积,这些高能载流子不再与晶格保持热平衡状态,而是具有高于品格热能(KT)的能量,称热载流子。当热载流子的能量超过一定的阈值就会产生碰撞电(impactionization〉。碰撞电离产生的电子空穴对会产生更多的子空穴对,从而发生雪崩效应。有一部分热载流子具有较高能董,能够克服接口势垒注人靠近漏端的氧化层。这

些注人的载流子会被俘获在栅氧化层中,或si/Si()2界面,或损坏(打断Si―H键)G从I阿导致器件的电学性能退化,器件不能正常I作。

   PMOs在栅极负偏压和较高温度匚作时,其器件参数如V】h、Gm和】d讯等的不稳定性叫负偏压温度不稳定性(Negativc has Temperaturc Instability,NBTI)。NBTI最早报道于1966年。图15.6是NB'ΓI实验中,典型的V】h随时间r的退化曲线。近几年来,随着集成电路特征尺寸缩小,栅电场增加,集成电路I作温度升高,氮元素掺人热生长的栅氧化层,NBTI成为集成电路器件可靠性的关键失效机理之一。

   NBTI是一种导致PM()s阈值电乐升高(也就是器件变得更难开启)的现象.其他的一些参数比如饱和电流JⅡ`.跨导卩∷等也就相应地受到影响。界面态的形成是产生`B1′I效应的主要囚素,而氢气和水汽是引起NBTI的两种主要物质,它们在界面上发生的电化学反应,形成施主型界面态Nit,引起阈值电压漂移的过程。另外在器件操作过程中产生的氧化物陷阱电荷Not,也会使阈值电压漂移等。实

验表明NBTI发生的条件是在S卜⒏02界面处必须有空穴的存在。