90nm工艺下离子注入与退火对3.3V NMOS热载流子注入效应的优化策略

在现代半导体工艺中，随着摩尔定律的推动，微电子器件的关键尺寸持续减小，旨在提升其性能和集成度。然而，这种缩小趋势带来了一个重要的挑战——热载流子注入效应（Hot Carrier Injection, HCI），它可能导致器件性能下降，从而影响整个系统的可靠性。本文由张斌作者撰写，他在中芯国际担任Pie工程师，研究焦点集中在3.3V NMOS器件上，这是一种常见的电源管理单元（Power Management Unit, PMU）中的组件。 在90纳米工艺背景下，热载流子注入效应是由于工作电压保持稳定，而器件尺寸减小导致的。这使得在高温或高功率操作时，电子在沟道中的移动会加速，形成额外的电流，这些“热”电子可能会破坏晶体管的结构，影响其开关速度和寿命。为了应对这一问题，研究者探讨了离子注入和退火这两种工艺技术在改善热载流子注入效应中的作用。 离子注入是一种通过注入高能粒子来改变半导体材料属性的过程，它能够调整晶体管的掺杂分布，从而影响载流子迁移率和阈值电压，有助于减少热载流子的积累。而退火则是在高温下进行的冷却过程，它可以促使晶体缺陷的重组，有助于修复可能因离子注入产生的损伤。 文章详细分析了热载流子注入的现状、机理以及在90nm工艺下的影响因素。作者提出了一种通过优化LDD注入（Lightly Doped Drain, LDD）技术和退火条件来改进器件热载流子注入效应的方法。LDD注入技术通过在沟道区域引入轻掺杂，有效地分散了电流密度，从而减轻了热载流子的影响。 实验结果显示，通过精确控制LDD注入的剂量和退火的温度、时间等参数，能够显著地改善3.3V NMOS器件的热载流子注入性能，这对于保持设备的可靠性和延长使用寿命至关重要。这项研究对于半导体行业的进一步发展，特别是在电源管理领域的技术进步具有重要意义，因为它揭示了如何在摩尔定律的限制下找到平衡，同时保证器件的性能和可靠性。