Влияние деградации горячих носителей на характеристики высоковольтного КНИ транзистора с большой областью дрейфа

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обсуждаются результаты исследования влияния деградации горячих носителей на электрофизические характеристики мощных LDMOS (laterally-diffused metal-oxide semiconductor) транзисторов, выполненных по технологии “кремний на изоляторе”, с длинной областью дрейфа с топологическими нормами 0.5 микрон. Анализ деградации горячих носителей в высоких электрических полях выполнен на основании экспериментальных результатах и дополнительном использовании аналитической модели. Физическое происхождение данного механизма связано с образованием ловушек на границе раздела Si/SiO2. С помощью численного анализа и экспериментов электрические характеристики КНИ nLDMOS-транзисторов рассмотрены в широком диапазоне управляющих напряжений с целью изучения влияния на зону безопасной эксплуатации и надежность устройства в условиях деградации горячих носителей. Результаты этих исследований позволяют сделать вывод о возможности 20%-го расширения зоны безопасной эксплуатации.

Об авторах

А. С. Новоселов

Федеральное государственное учреждение Федеральный научный центр
Научно-исследовательский институт системных исследований РАН

Email: volkov@niisi.ras.ru
Россия, Москва

Н. В. Масальский

Федеральное государственное учреждение Федеральный научный центр
Научно-исследовательский институт системных исследований РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: volkov@niisi.ras.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Bravaix A., Huard V., Cacho F., Federspiel X., Royl D. Hot-carrier degradation in decananometer CMOS nodes: From an energy driven to a unified current degradation modeling by multiple carrier degradation process, in Hot-Carrier Degradation, ed. By T. Grasser, Springer, Wien, New York, 2015.
  2. Moens P., den Bosch G.V. Characterization of total safe operating area of lateral DMOS transistors // IEEE Trans Device Mater Rel. 2006. V. 6. P. 349–357.
  3. Moens P., Varghese D., Alam M.A. Towards a universal model for hot carrier degradation in DMOS transistors. In: Proceedings of the international symposium on power semiconductor devices and ICs. Barcelona, Spain, 2010. P. 61–64.
  4. Wang W., Reddy V., Krishnan A.T., Vattikonda R., Krishnan S., Cao Y. Compact modeling and simulation of circuit reliability for 65 nm CMOS technology // IEEE Trans Device Mater Rel. 2007. V. 7. P. 509–517.
  5. Poli S., Reggiani S., Baccarani G., Gnani E., Gnudi A., Denison M. Hot-carrier stress induced degradation in multi-STI-finger LDMOS: an experimental and numerical insight // Solid-State Electron. 2011. 65–66. P. 57–63.
  6. Bude J., Hess K. Thresholds of impact ionization in semiconductors // J. Appl. Phys. 1992. V. 72. P. 3554–3561.
  7. Hu C., Tam S., Hsu F., Ko P., Chan T., Terrill K.W. Hot-electron-induced MOSFET degradation–model, monitor, and improvement // IEEE Trans Electron Devices. 1985. V. 32. P. 375–383.
  8. Ancona M.G., Saks N.S., McCarthy D. Lateral distribution of hot-carrier-induced interface traps in MOSFETs // IEEE Trans Electron Devices. 1988. V. 35. P. 2221–2228.
  9. Di Maria D.J., Stasiak J.W. Trap creation in silicon dioxide produced by hot electrons // J. of Appl. Phys. 1989. V. 65. P. 2342–2357.
  10. Yassine A.M., Nariman H.E., McBride M., Uzer M., Oasu-po K.R. Time dependent breakdown of ultrathin gate oxide // IEEE Trans Electron Devices. 2000. V. 47. P. 1416–1420.
  11. Wang L., Wang J., Gao C., Hu J., Li P.Z.X., Li W., Yang S.H.Y. Physical description of quasi-saturation and impact ionization effects in high-voltage drain-extended MOSFETs // IEEE Trans. Electron Devices. 2009. V. 56. P. 492–498.
  12. Varghese D., Kufluoglu H., Reddy V., Shichijo H., Mosher D., Krishnan S. OFF-state degradation in drain-extended NMOS transistors: interface damage and correlation to dielectric breakdown // IEEE Trans Electron Devices, 2007. V. 54. P. 2669–2677.
  13. Varghese D., Moens P., Alam M.A. ON-state hot carrier degradation in drain-extended NMOS transistors // IEEE Trans. Electron Devices. 2010. V. 57. P. 2704–2710.
  14. Hong S.-M., Pham A., Jungemann C. Deterministic solvers for the Boltzmann transport equation, Springer Science & Business Media, 2011.
  15. Cheng S.-W., Dey T.K., Shewchuk J.R. Delaunay Mesh Generation. CRC Press, 2013.
  16. Rudolf F., Weinbub J., Rupp K., Selberherr S. The meshing framework ViennaMesh for finite element applications // J. of Comp. and Appl. Mathematics. 2014. V. 167. P. 166–177.
  17. Penzin O., Haggag A., McMahon W., Lyumkis E., Hess K. MOSFET degradation kinetics and its simulation // IEEE Trans. Electron Devices. 2003. V. 50. P. 1445–1450.
  18. Reggiani S., Barone G., Gnani E., Gnudi A., Baccarani G., Poli S., Wise R., Chuang M.-Y., Tian W., Pendharkar S., Denison M. Characterization and modeling of electrical stress degradation in STI-based integrated power devices // Solid-State Electronics. 2014. V. 102. № 12. P. 25–41.
  19. Reggiani S., Barone G., Gnani E., Gnudi A., Baccarani G., Poli S., Wise R., Chuang M.-Y., Tian W., Pendharkar S., Denison M. Characterization and modeling of high-voltage LDMOS transistors in book Hot carrier degradation semiconductor devices by ed T. Grasser, Springer Cham Heidelberg New York Dordrecht London, 2015. P. 309–340.
  20. Rumyantsev S.V., Novoselov A.S., Masalsky N.V. Investigating the electro-thermal characteristics of partially depleted submicron SOI CMOS in an extended temperature range // Russian Microelectronics. 2020. V. 49. № 1. P. 30–36.
  21. Guerin C., Huard V., Bravaix A. General framework about defect creation at the Si/SiO2 interface // J. of Appl. Phys. 2009. V. 105. № 11. P. 114 513.1–114 513.12.
  22. Stesmans A. Passivation of Pb0 and Pb1 interface defects in thermal (100) Si/SiO2 with molecular hydrogen // App-l. Phys. Letters. 1996. V. 68. № 15. P. 2076–2078.
  23. Sharma P. Modeling of hot-carrier degradation in nLDMOS devices: different approaches to the solution of the Boltzmann transport equation // IEEE Trans. Electron Devices. 2015. V. 62. № 6. P. 1811–1818.
  24. de Jong M.J., Salm C., Schmitz J. Towards understanding recovery of hot-carrier induced degradation // Microelectronics Reliability. 2018. V. 88. P. 147–151.
  25. Yu Z., Zhang Z., Sun Z., Wang R., Huang R. On the trap locations in bulk finFETs after hot carrier degradation (HCD) // IEEE Trans. Electron Devices. 2020. V. 67. P. 3005–3009.

© А.С. Новоселов, Н.В. Масальский, 2023