16、低温硅技术的可靠性分析

低温硅技术的可靠性分析

1. 可靠性概述

可靠性是半导体器件，尤其是超大规模集成电路（VLSI）系统中的主要问题之一，因为在这些系统中，器件的工作寿命可能会大幅缩短。可靠性与诸如热载流子（HC）产生等退化机制密切相关，而热载流子又与高场输运现象（如碰撞电离和击穿）有关。

2. 碰撞电离特性

• 温度依赖性 ：碰撞电离是工作温度的函数，随着温度降低，碰撞电离率增加。不过，空穴和电子的碰撞电离具有不同的温度依赖性。在室温下，电子和空穴的碰撞电离率相差可达两个数量级，但在低温下，这种差异会减小，在低温时，电子与空穴的碰撞电离率之比接近 1。
• 对器件的影响 ：在 MOS 晶体管中，雪崩现象会对器件可靠性产生有害影响。它会增加漏极结的泄漏电流，在大的漏源电压（VDS）下可能导致结击穿，还会引发栅诱导漏极泄漏（GIDL）效应。由于冷却时电离率增加，这种效应在低温下会更加严重。

3. 速度过冲现象

速度过冲本质上与沟道长度与平均自由程相当的短沟道器件有关。在低温下，沟道长度较大的器件也会出现速度过冲现象，这意味着在低温下可以获得具有更长沟道的更快器件。

4. 器件击穿特性

• 短沟道晶体管 ：在短沟道晶体管中，穿通通过漏致势垒降低（DIBL）效应决定了结击穿。
• 体 MOS 晶体管 ：对于体 MOS 晶体管，冷却时击穿电压会增加，这使得这些器件对与击穿相关的退化不太敏感。 <