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在芯片研究的最前沿
在第27届IEEE IPCF大会上，IMEC公布了与欧洲著名大学KU Leuven和TU Wien的联合研究成果。团队扩展了HCD(热载流子退化)效应的研究模型，综合考虑了HCD效应和自热效应的相关性和相互作用，在纳米线晶体管的实际测量中得到了验证。
在先进集成电路器件中，器件尺寸的减小大于工作电压和偏置应力电压的减小，产生高电场；此外，晶体管的沟道长度等于或短于载流子的平均自由程，载流子因散射而耗散的能量大大减少。综上所述，因素将导致载流子的显著加速，然后导致显著的热载流子退化* (HCD)。在尺寸为10nm和亚10nm的纳米线晶体管器件和集成电路器件中，如FinFET，由于自热效应，HCD效应进一步加剧，这被认为是对器件可靠性损害最大的问题。
然而，与HCD密切相关的偏置温度不稳定性(BTI)现象在晶体管中的破坏性不如HCD。近年来，控制和减轻BTI的技术手段被提出并得到验证。这些工作大多基于两点:一是通过调整功函数将缺陷带转移到载流子无法到达的能区，二是在SiO层和高k层之间引入偶极子。然而，到目前为止，还没有有效的方法来减缓HCD效应，更好地理解导致HCD的物理机制将有助于探索减缓HCD效应的方法。
自加热增强了HCD效应，准确的HCD预测模型应该考虑自加热效应的影响。然而，目前模拟自加热对HCD影响的模型都是基于实验经验和孤立的猜测和假设，是片面的。为了加深对HCD感应机制的理解，建立更接近电路实际工作条件的研究模型，IMEC、库·鲁汶和图·维恩共同提出并验证了一种新的物理模型。相关成果发表在第27届IEEE集成电路物理与失效分析国际会议(IPFA，集成电路物理与失效分析国际研讨会)上，来自IMEC和欧洲两所著名大学的Stanislav Tyaginov、亚历山大·马卡罗夫等10研究成员是该论文的合著者，该项目由“欧盟地平线2020”科研计划下的玛丽·居里学者项目资助。
*热载流子退化:热载流子退化又称热载流子退化，是指器件内部的一些载流子受外界影响而成为高能热载流子。这些热载流子会打断Si-H键，产生界面态，最终导致载流子平均自由时间和电子迁移率的降低，从而降低器件的源漏电流。随着工作时间的增加，器件关键电特性的退化越来越明显。当退化大于一定程度时，会造成器件甚至整个芯片的失效，带来严重的可靠性问题。
PNWFETS型纳米线场效应晶体管，一种GAA环栅晶体管器件结构。
研究团队基于物理学的基本原理，提出并验证了自加热和热载流子退化(HCD)的建模框架。研究表明，自热对HCD的影响因素是多方面叠加的:一是分布温度下的载流子输运特性，二是温度对化学键振动寿命的依赖，三是键离解的热贡献。为了解决自热效应引起的晶格温度变化，团队综合求解了漂移-扩散方程和热流公式；非均匀温度分布对载流子输运的影响表明，载流子能量分布函数趋于高能区。我们研究团队扩展的框架可以在实验环境中准确地再现pNWFETs的热载流子退化过程。同时发现，如果忽略自热效应，模型计算的HCD效应的严重程度将远低于实际观测值。
探究HCD的物理机制" img _ height = " 376 " img _ width = " 928 " data-src = "//img q 8 . q 578 . com/ef/0705/6 e8e 92 e 56 FB 5 ca 6 . jpg " src = "/a 2020/img/data-img。探究HCD的物理机制" img _ height = " 553 " img _ width = " 862 " data-src = "//img q8 . q 578 . com/ef/0705/175 e 7 be 8 DC 6a 6 f 4 . jpg " src = "/a 2020/img。探究HCD的物理机制" img _ height = " 552 " img _ width = " 866 " data-src = "//img q8 . q 578 . com/ef/0705/499 e6e 679 a 6990 . jpg " src = "/a 2020/img/data。探究HCD的物理机制" img _ height = " 527 " img _ width = " 800 " data-src = "//img q8 . q 578 . com/ef/0705/24 a4 Fe 86 e 409 c 77 e . jpg " src = "/a 2020/img/data-img。探究859507db5e3d7.jpg HCD的物理机制" img _ height = " 700 " img _ width = " 945 " data-src = "//img q8 . q 578 . com/ef/0705/25c " src = "/a 2020/img/data-img。探究HCD的物理机制" img _ height = " 335 " img _ width = " 1080 " data-src = "//imgq 8 . q 578 . com/ef/0705/c 1386 e0c 77366 CD . jpg " src = "/。探究HCD的物理机制" img _ height = " 944 " img _ width = " 1360 " data-src = "/imgq 8 . q 578 . com/ef/0705/276 fee ab 1dc 474 be . jpg " src = "/A20。探究HCD的物理机制" img _ height = " 944 " img _ width = " 1362 " data-src = "/imgq 8 . q578 . com/ef/0705/0 b 78 b 9604 e 12f 986 . jpg " src = "/* Minimos-NT是一款通用半导体器件仿真软件，可以提供任意二维和三维器件几何形状的稳态、瞬态和小信号分析。该软件由维也纳工业大学微电子研究所自主开发，用于研究集成电路器件的物理特性。
IMEC和著名大学的KU Leuven和TU Wien建立了创新的物理模型，深入研究纳米线晶体管的自热效应与热载流子退化的物理机制之间的关系。纳米线晶体管即将进入量产阶段，预计该成果对未来提高纳米线晶体管的成品率和器件可靠性具有重要意义，基于该成果的拓展研发也将有利于未来纳米片和叉片器件的工艺研发。
团队负责人Stanislav Tyaginov博士出生于俄罗斯圣彼得堡。他于2006年获得物理学博士学位，是IIRW和IRPS技术规划委员会的成员。他领导了杜维恩微电子研究所HCD模型开发团队的建设，在科学期刊和会议论文集上发表了100多篇论文。目前，Tyaginov博士的研究领域包括:晶体管物理模型模拟、基于Si和碳化硅的晶体管中HCD效应的研究、BTI和延时击穿的建模、MOS器件中的隧穿。
IMEC，全称:国际大学微电子中心，比利时微电子研究中心，是一家成立于？1984?科技研发中心在？总部位于比利时鲁汶。IMEC？在纳米电子和数字技术领域，IMEC被战略性地定位为全球领先的前瞻性主要创新中心。从哪里？2004?参与了45nm到7nm芯片前沿技术的研发。
维也纳理工学院(TU Wien)前身为维也纳帝国理工学院，是作为奥匈帝国皇家科学院科技学院成立的综合性大学，也是德语国家的第一所科技大学。它在教学和研究领域得到国际和国内的认可，是欧洲顶尖的大学之一。
鲁汶大学(KU Leuven)是比利时最高学府，世界百强大学之一，欧洲十大大学之一。其集成电路相关学科在欧洲名列前茅，与比利时IMEC在集成电路技术研发方面有着深入全面的合作。
原文链接:
https://ieeexplore.ieee.org/document/9260648