微电子器件可靠性建模与仿真的逾渗分析方法

【摘要】：逾渗分析方法首次被系统用于微电子器件可靠性建模与仿真工作。 近年来硅CMOS电路不断向高速、高密度、低功耗,系统芯片化方向迅猛发展。栅氧化层越来越薄,电场强度越来越大;金属互连线横截面积越来越小,电流密度越来越大;器件尺寸越来越小,噪声相对影响越来越严重。如何描述研究对象可靠性退化过程中的各种随机性和空间分布的效应,成为微电子器件可靠性建模与仿真的关键问题。这里包括缺陷产生的随机性和电应力、热应力、机械应力、材料微观结构及缺陷积累的空间分布效应。 研究发现,大多数微电子器件可靠性问题都可以用两个过程描述:一是缺陷产生过程,二是缺陷作用过程。不同的研究对象,对应不同的失效机制,缺陷的意义也不同。 在逾渗方法中,将微电子器件失效过程中涉及到的电应力、热应力、机械应力作用与材料缺陷产生及积累等问题等效成几何连结性问题。这种等效能够同时综合考虑上述各种因素的整体效应,在时间和空间上准确描述失效过程。根据研究对象的性质以及研究结果的要求,通过逾渗标度(包括时间和空间标度)的调整,既保证计算的准确性,又能尽量简化问题,使计算过程简单可行。 本文根据微电子器件可靠性问题的特点,选择了栅氧化层介质经时击穿、金属互连线电迁移、小尺寸MOSFET中的1/f噪声和深亚微米MOSFET中的RTS噪声作为研究对象。应用逾渗分析方法,成功建立了栅氧化层介质经时击穿、金属互连线电迁移及其噪声、小尺寸MOSFET中的1/f噪声和深亚微米MOSFET中的RTS噪声的逾渗模型。 应用MATLAB程序,在所建立的逾渗模型的基础上,针对微电子器件可靠性问题分别进行了仿真,并将仿真结果与已有的实验结果进行了对比和分析。仿真结果与实验结果在定性上一致性良好。 本文的工作为微电子器件可靠性建模与仿真工作提供了一条崭新思路。