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橫向擴散金氧半電晶體因熱載子造成元件特性退化之研究

為了解決ig介面變大的問題，作者田昆玄 這樣論述：

在本論文中，我們探討了不同結構與操作電壓的高壓橫向擴散金氧半電晶體(LDMOS)因熱載子所造成元件特性退化的現象與機制。 首先，對於採用0.25微米製程之n型LDMOS電晶體，其熱載子所造成的退化被發現與閘極電流大小有關。根據實驗數據及電腦輔助模擬顯示，在通道區域中由於熱電子注入所造成的介面能態(interface state)被確認為主要的退化機制。因為閘極電流主要是由電子注入所組成，因此，愈大的閘極電流意味著愈嚴重的電子注入。而愈嚴重的電子注入就會造成更多的介面能態，因而產生愈大的元件退化。因此，閘極電流與元件的熱載子壽命時間(lifetime)呈現良好的關連性。最後，我們也評估改

變元件設計參數對於元件性能與壽命時間的影響。改變通道長度或N-漂移區邊緣至閘極邊緣的長度對於元件的導通電阻(Ron)壽命時間之改善有較大的影響，而改變閘極邊緣到汲極的長度則影響較小。這樣的分析對於同時考慮元件性能與熱載子可靠度來設計LDMOS電晶體提供了有用的訊息。 將飄移區採用淺槽隔離(STI)之0.25微米製程n型LDMOS電晶體偏壓在中等及高的閘極電壓下，沒有預期到的導通電阻降低之現象被觀察到。當元件操作在中等閘極偏壓下，導通電阻持續的降低一段時間，之後，再轉變為增加的趨勢。當元件操作在高的閘極偏壓下，導通電阻只在stress一開始降低，但之後都隨時間增加而變大。我們提出了造成導通

電阻異常偏移的物理機制，並藉由實驗數據及模擬結果得到驗證。當元件偏壓在中等閘極電壓下，熱電洞(hot-hole)注入與捕捉發生在靠近通道區域的STI邊緣，導致了電阻的降低。由熱電洞注入所形成的介面能態則發生在靠近通道區域的STI邊緣及鄰近的漂移區介面，導致了電阻的上升。當元件偏壓在高的閘極電壓下，電洞捕捉也發生在靠近通道區域的STI角落，導致了電阻的降低。由熱電子注入所形成的介面能態則存在靠近汲極的STI邊緣，而這些介面能態主導了導通電阻的特性而立即導致導通電阻的上升。根據提出來的導通電阻退化機制，我們呈現了一個導通電阻的退化模型，並藉由實驗數據獲得驗證。 在最後的部份，針對0.35微米

製程之p型LDMOS電晶體其熱載子所造成的臨界電壓(VT)偏移進行探討。當元件操作在閘極偏壓小於汲極偏壓下，臨界電壓有兩種不同的趨勢。在小閘極偏壓條件下，電子被注入並被捕捉在靠近汲極端的通道部分，造成了通道縮減效應。因此臨界電壓些微的上升而線性區汲極電流(Idlin)變大。然而，在大閘極偏壓條件下，臨界電壓嚴重的降低且線性區汲極電流變小。實驗結果顯示，在通道區域中由於熱電洞注入所造成的施體型(donor-type)介面能態是主要造成顯著臨界電壓偏移的因素。最後，這個p型LDMOS電晶體的基極電流(Isub)大小被發現是一個判斷臨界電壓偏移嚴重與否的良好指標。