在芯片研究的最前沿
在第27屆IEEE IPCF大會上，IMEC公布了與歐洲著名大學KU Leuven和TU Wien的聯合研究成果。團隊擴展了HCD(熱載流子退化)效應的研究模型，綜合考慮了HCD效應和自熱效應的相關性和相互作用，在納米線晶體管的實際測量中得到了驗證。
在先進集成電路器件中，器件尺寸的減小大於工作電壓和偏置應力電壓的減小，產生高電場；此外，晶體管的溝道長度等於或短於載流子的平均自由程，載流子因散射而耗散的能量大大減少。綜上所述，因素將導致載流子的顯著加速，然後導致顯著的熱載流子退化* (HCD)。在尺寸為10nm和亞10nm的納米線晶體管器件和集成電路器件中，如FinFET，由於自熱效應，HCD效應進壹步加劇，這被認為是對器件可靠性損害最大的問題。
然而，與HCD密切相關的偏置溫度不穩定性(BTI)現象在晶體管中的破壞性不如HCD。近年來，控制和減輕BTI的技術手段被提出並得到驗證。這些工作大多基於兩點:壹是通過調整功函數將缺陷帶轉移到載流子無法到達的能區，二是在SiO層和高k層之間引入偶極子。然而，到目前為止，還沒有有效的方法來減緩HCD效應，更好地理解導致HCD的物理機制將有助於探索減緩HCD效應的方法。
自加熱增強了HCD效應，準確的HCD預測模型應該考慮自加熱效應的影響。然而，目前模擬自加熱對HCD影響的模型都是基於實驗經驗和孤立的猜測和假設，是片面的。為了加深對HCD感應機制的理解，建立更接近電路實際工作條件的研究模型，IMEC、庫·魯汶和圖·維恩共同提出並驗證了壹種新的物理模型。相關成果發表在第27屆IEEE集成電路物理與失效分析國際會議(IPFA，集成電路物理與失效分析國際研討會)上，來自IMEC和歐洲兩所著名大學的Stanislav Tyaginov、亞歷山大·馬卡羅夫等10研究成員是該論文的合著者，該項目由“歐盟地平線2020”科研計劃下的瑪麗·居裏學者項目資助。
*熱載流子退化:熱載流子退化又稱熱載流子退化，是指器件內部的壹些載流子受外界影響而成為高能熱載流子。這些熱載流子會打斷Si-H鍵，產生界面態，最終導致載流子平均自由時間和電子遷移率的降低，從而降低器件的源漏電流。隨著工作時間的增加，器件關鍵電特性的退化越來越明顯。當退化大於壹定程度時，會造成器件甚至整個芯片的失效，帶來嚴重的可靠性問題。
PNWFETS型納米線場效應晶體管，壹種GAA環柵晶體管器件結構。
研究團隊基於物理學的基本原理，提出並驗證了自加熱和熱載流子退化(HCD)的建模框架。研究表明，自熱對HCD的影響因素是多方面疊加的:壹是分布溫度下的載流子輸運特性，二是溫度對化學鍵振動壽命的依賴，三是鍵離解的熱貢獻。為了解決自熱效應引起的晶格溫度變化，團隊綜合求解了漂移-擴散方程和熱流公式；非均勻溫度分布對載流子輸運的影響表明，載流子能量分布函數趨於高能區。我們研究團隊擴展的框架可以在實驗環境中準確地再現pNWFETs的熱載流子退化過程。同時發現，如果忽略自熱效應，模型計算的HCD效應的嚴重程度將遠低於實際觀測值。
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IMEC和著名大學的KU Leuven和TU Wien建立了創新的物理模型，深入研究納米線晶體管的自熱效應與熱載流子退化的物理機制之間的關系。納米線晶體管即將進入量產階段，預計該成果對未來提高納米線晶體管的成品率和器件可靠性具有重要意義，基於該成果的拓展研發也將有利於未來納米片和叉片器件的工藝研發。
團隊負責人Stanislav Tyaginov博士出生於俄羅斯聖彼得堡。他於2006年獲得物理學博士學位，是IIRW和IRPS技術規劃委員會的成員。他領導了杜維恩微電子研究所HCD模型開發團隊的建設，在科學期刊和會議論文集上發表了100多篇論文。目前，Tyaginov博士的研究領域包括:晶體管物理模型模擬、基於Si和碳化矽的晶體管中HCD效應的研究、BTI和延時擊穿的建模、MOS器件中的隧穿。
IMEC，全稱:國際大學微電子中心，比利時微電子研究中心，是壹家成立於？1984?科技研發中心在？總部位於比利時魯汶。IMEC？在納米電子和數字技術領域，IMEC被戰略性地定位為全球領先的前瞻性主要創新中心。從哪裏？2004?參與了45nm到7nm芯片前沿技術的研發。
維也納理工學院(TU Wien)前身為維也納帝國理工學院，是作為奧匈帝國皇家科學院科技學院成立的綜合性大學，也是德語國家的第壹所科技大學。它在教學和研究領域得到國際和國內的認可，是歐洲頂尖的大學之壹。
魯汶大學(KU Leuven)是比利時最高學府，世界百強大學之壹，歐洲十大大學之壹。其集成電路相關學科在歐洲名列前茅，與比利時IMEC在集成電路技術研發方面有著深入全面的合作。
原文鏈接:
https://ieeexplore.ieee.org/document/9260648