栅氧化层经时击穿的非平衡统计理论分析方法

栅氧化层的经时击穿作为影响互补型金属-氧化物-半导体集成电路可靠性的一个重要因素,一直是国内外学者研究的重点.为了对其进一步研究,首先从栅氧化层在电应力下经时击穿的微观机理出发,基于栅氧化层中电子陷阱密度累积达到临界值时发生击穿的原理和电子陷阱生成过程的随机性,提出了栅氧化层经时击穿的非平衡统计理论分析方法,然后分别给出了恒定电流应力和恒定电压应力下电子陷阱生成速率方程,导出了电子陷阱密度的概率密度分布函数.最后以具体器件为例进行分析,得到了栅氧化层的最概然寿命随电流应力、电压应力及其厚度的变化规律,并类比固体断裂现象中"疲劳极限"的概念定义"击穿极限"概念.计算出了累积失效率随电流应力、电压应力和时间的变化规律,引入特征值来描述累积失效率达到0.63所用的时间.结果表明:电子陷阱密度的概率密度分布函数满足对数正态分布,且理论结果与实验结果相符.