半導(dǎo)體工藝可靠性

譯者序
第1部分概述
第1章引言3
1.1背景3
1.2工藝可靠性項(xiàng)4
1.2.1FEOL4
1.2.2BEOL6
1.3工藝相關(guān)的可靠性8
1.4可靠性評(píng)估方法9
1.5本書的組織結(jié)構(gòu)10
參考文獻(xiàn)11
第2章器件物理基礎(chǔ)14
2.1基本材料特性介紹14
2.1.1導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體14
2.1.2電子和空穴能量16
2.1.3半導(dǎo)體中的碰撞與能量交換17
2.2PN結(jié)18
2.2.1PN結(jié)能帶18
2.2.2PN結(jié)偏置19
2.2.3結(jié)電容20
2.3金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容的物理基礎(chǔ)21
2.3.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容的能帶21
2.3.2金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容的電容-電壓曲線23
2.4金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管物理特性24
2.4.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電流-電壓特性24
2.4.2長溝道金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的Vt27
2.4.3金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的電容27
2.5金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的二階效應(yīng)29
2.5.1短溝道效應(yīng)29
2.5.2寬度效應(yīng)30
2.5.3柵致漏極泄漏電流31
2.5.4硼滲透32
2.5.5襯底偏置的影響33
2.6界面陷阱和氧化層陷阱33
參考文獻(xiàn)36
第3章金屬-氧化物-半導(dǎo)體制造工藝流程37
3.1前道工藝37
3.2Cu雙大馬士革后端工藝42
參考文獻(xiàn)46
第4章可用于器件可靠性表征的測(cè)量48
4.1電容-電壓測(cè)量48
4.2直流電流-電壓49
4.2.1從直流電流-電壓測(cè)量中提取界面陷阱52
4.2.2從直流電流-電壓測(cè)量中提取氧化層陷阱54
4.3柵控二極管方法55
4.4電荷泵測(cè)量57
4.5用于界面和氧化層陷阱分離的中間帶隙測(cè)量60
4.6載流子分離測(cè)量61
4.7電流-電壓特性62
參考文獻(xiàn)63
第2部分前道工藝(FEOL)
第5章熱載流子注入67
5.1最大溝道電場(chǎng)69
5.2HCI的物理機(jī)制71
5.2.1電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的CHC機(jī)制71
5.2.2能量驅(qū)動(dòng)的溝道-熱載流子機(jī)制：電子-電子散射73
5.2.3多重振動(dòng)激發(fā)機(jī)制74
5.2.4NMOS熱載流子注入機(jī)理/模型75
5.2.5PMOS熱載流子注入機(jī)理/模型76
5.3熱載流子注入表征方法77
5.3.1監(jiān)控的器件參數(shù)77
5.3.2熱載流子注入退化模型78
5.3.3壽命外推80
5.4對(duì)熱載流子注入屏蔽效應(yīng)的表征82
5.5熱載流子注入退化飽和83
5.6溫度對(duì)熱載流子注入的影響84
5.7體偏置對(duì)熱載流子注入的影響85
5.8結(jié)構(gòu)對(duì)熱載流子注入的影響85
5.8.1溝道寬度對(duì)熱載流子注入的影響85
5.8.2溝道長度對(duì)熱載流子注入的影響89
5.8.3補(bǔ)償側(cè)墻對(duì)熱載流子注入的影響91
5.8.4柵極邊緣與淺溝槽隔離邊緣間距的影響94
5.9工藝對(duì)熱載流子注入性能的影響95
5.9.1漏區(qū)工程95
5.9.2柵極氧化層的魯棒性96
5.10熱載流子注入認(rèn)定實(shí)踐100
參考文獻(xiàn)101
第6章柵極氧化層完整性和時(shí)間相關(guān)的介質(zhì)擊穿108
6.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的隧穿108
6.1.1柵極泄漏隧穿機(jī)制108
6.1.2依賴極性的Qbd和Tbd114
6.1.3柵極泄漏電流與Vbd/Tbd的關(guān)系117
6.2柵極氧化層介質(zhì)擊穿機(jī)理120
6.2.1本征與非本征擊穿120
6.2.2隨時(shí)間變化的介質(zhì)擊穿122
6.2.3Vbd與Tbd的相關(guān)性123
6.2.4缺陷產(chǎn)生模型124
6.2.5軟擊穿129
6.3應(yīng)力誘導(dǎo)的泄漏電流131
6.4柵極氧化層完整性測(cè)試結(jié)構(gòu)和失效分析132
6.4.1體結(jié)構(gòu)132
6.4.2多晶硅邊緣密集結(jié)構(gòu)132
6.4.3淺溝槽-隔離-邊緣密集結(jié)構(gòu)133
6.4.4淺溝槽隔離拐角密集結(jié)構(gòu)134
6.4.5柵極氧化層完整性失效分析135
6.5柵極氧化層時(shí)間相關(guān)介質(zhì)擊穿模型，壽命外推法135
6.5.1Weibull分布135
6.5.2活化能135
6.5.31/E模型、E模型、V模型和冪律模型136
6.5.4面積按比例變化140
6.6工藝對(duì)柵極氧化層完整性和時(shí)間變化的介質(zhì)擊穿改進(jìn)的影響140
6.6.1氧化層厚度的影響140
6.6.2氮化的影響140
6.6.3氫/D2的影響142
6.6.4金屬污染143
6.6.5多晶硅晶粒結(jié)構(gòu)的影響144
6.6.6多晶硅剖面的影響(多晶硅基腳)145
6.6.7柵極氧化層預(yù)清洗和刻蝕的影響145
6.6.8犧牲氧化后退火環(huán)境的影響145
6.6.9無犧牲氧化層效應(yīng)148
6.6.10光刻膠附著力的影響150
6.6.11銦注入的影響151
6.6.12冪律模型指數(shù)的工藝因子151
6.7工藝認(rèn)定實(shí)踐155
參考文獻(xiàn)156
第7章負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性162
7.1負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性退化機(jī)制164
7.1.1反應(yīng)-擴(kuò)散模型164
7.1.2恢復(fù)167
7.1.3退化飽和機(jī)理168
7.2退化時(shí)間指數(shù)n，活化能Ea，電壓/電場(chǎng)加速因子γ171
7.2.1退化時(shí)間指數(shù)n171
7.2.2活化能(Ea)172
7.2.3電壓/電場(chǎng)加速因子γ173
7.3表征方法174
7.3.1時(shí)延(恢復(fù))對(duì)表征的影響175
7.3.2應(yīng)力-電壓和應(yīng)力-時(shí)間影響177
7.3.3不間斷應(yīng)力方法179
7.3.4體偏置對(duì)負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性的影響183
7.4為什么反型的PMOS最差186
7.5結(jié)構(gòu)對(duì)負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性的影響188
7.5.1溝道長度依賴性189
7.5.2溝道寬度依賴性191
7.5.3柵極氧化層厚度相關(guān)性192
7.6工藝對(duì)負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性的影響194
7.6.1氮及其分布194
7.6.2氟摻入197
7.6.3柵極氧化層和Si-SiO2界面質(zhì)量198
7.6.4H2/D2退火199
7.6.5后道工藝199
7.6.6等離子體誘導(dǎo)損傷的影響200
7.6.7硼滲透200
7.6.8接觸刻蝕截止層的效果200
7.6.9Si襯底取向的影響201
7.7動(dòng)態(tài)負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性202
7.8工藝認(rèn)定實(shí)踐202
參考文獻(xiàn)204
第8章等離子體誘導(dǎo)損傷212
8.1引言212
8.2等離子體誘導(dǎo)損傷機(jī)制214
8.2.1等離子體密度214
8.2.2晶圓上等離子