MOS晶体管失效机制及BTI, HCI

风吹荷叶e

记录下两种典型的失效机制：BTI和HCI。

BTI, Bias Temperature Instability，偏置温度不稳定性。BTI会引起阈值电压绝对值偏大。
阈值电压漂移率取决于栅源电压（Vgs）和器件的工作温度。
BTI可以通过把零偏器件放置在250℃下烘烤数小时得以部分恢复。

HCI, Hot Carrier Injection，热载流子注入。当MOS晶体管的漏源电压（Vds）过大时，沟道上横向电场太强。强电场使穿越夹断区的载流子加速，产生可能注入氧化层的热载流子。生成的热载流子与晶格原子碰撞，并向各个方向散射。散射电子中的极少部分向上运动，并穿通氧化层-硅界面，产生微弱的栅电流。这种看似无关紧要的电流是器件稳定性的主要长期影响因素。
另外，热载流子注入还与栅源电压（Vgs）有关。
HCI导致阈值电压逐渐减小，会减小NMOS的阈值电压，增大PMOS的阈值电压。
由HCI引起的参数漂移可以通过对零偏器件在200℃~250℃温度下烘烤几小时得到部分恢复。


参考文献：《模拟电路版图的艺术》（第二版）Alan Hastings

风吹荷叶e

再补充下 TDDB和GOI。

TDDB一般指时变介质击穿（Time Dependent Dielectric Breakdown）。电子隧穿再加上强电场的存在，容易发生Fowler-Nordheim隧穿。Fowler-Nordheim隧穿向介质中注入电子，电子在介质中受到电场加速并转化为热电子，最终产生场致漏电流（SILC, Stress Induced Leakage Current）。若介质一直处于强电场中，场致漏电流可能导致严重实效。
承受过强电场的介质会在几纳秒内击穿。另一方面，受到边界电场影响的介质在失效前可以工作数月甚至数年。这种延时失效模式称为TDDB。介质发生TDDB的可能性关键取决于其厚度和结构一致性。

提到介质击穿，工业上有栅氧完整性（GOI）的概念。GOI缺陷可通过过压应力测试（OVST）进行筛选。

Quinlan

学习

sunshine_xxm

终于看到一个确定性的结论，赞！