Archiv der Kategorie: Research @ TU Wien

How Mixed Stress Conditions Affect Single Oxide Defects in MOSFETs

The international roadmap for semiconductors lists bias temperature instability (BTI) and hot-carrier (HC) degradation as most difficult challenges, which should be properly understood and modeled. Although extensive experimental and theoretical studies of these phenomena have been performed there are still open issues in understanding the nature and behavior of material defects contributing to BTI and HCD. Even more dramatic, in circuits transistors are rarely subjected to idealized BTI or HC conditions. Thus we focus on the impact of mixed negative BTI (NBTI) and HC stress on material defects in pMOSFETs. In order to characterize recoverable device degradation, we record the behavior of oxide defects at mixed stress conditions.

Degradation mechanisms are caused by material defects in the amorphous gate oxide of a MOSFET. The defects can capture or emit charge carriers from the substrate and from the gate oxide. The capture and emission events cause a change in the current between gate and source at constant gate-source voltage and drain-source voltage. This electrical response corresponds to an unwanted shift of the device characteristics, e.g., the threshold voltage. Measurements of these detrimental shifts allow us to characterize the impact of different stress conditions on the device characteristics and in the case of nano-scale MOSFETs to observe the nature of individual defects responsible for the unwanted shifts.

Time dependent defect spectroscopy measurements show that fewer defects contribute to the overall threshold voltage shift after mixed NBTI/HC stress than after pure NBTI stress. Although the electrostatic conditions at the source side hardly change for different stress modes at a fixed gate voltage, source side defects can show a completely different behavior after mixed NBTI/HC stress. This observation can be explained by considering that defect parameters can shift significantly at mixed stress conditions due to non-equilibrium processes. This occurs for all lateral positions and leads for example to a change of their capture and emission times. The consequence is that even if a defect captures a charge carrier during stress, it emits it immediately and remains neutral after stress. Thus, non-equilibrium processes have to be taken into account in existing defect models. Measurements and conclusions have been presented at the International Reliability Physics Symposium (IRPS) 2017 recently.

As a conclusion, our results suggest that non-equilibrium processes have to be taken into account to explain the behavior of defects responsible for the detrimental shifts of MOSFET parameters for mixed stress conditions. These results provide an insight in degradation processes in a more detailed way, which is a step towards a realistic MOSFET life time prediction under circuit operation.

Poster Presentation

Results and conclusions have been presented @ IRPS 2017

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Vienna young Scientists Symposium

Woran forschen eigentlich meine Kolleginnen und Kollegen an der TU Wien? Diese Frage kann man innerhalb des eigenen Instituts meist beantworten. Wie sieht es allerdings auf den „fremden“ Fakultäten aus? Zu wissen, was im eigenen Bereich auf einer anderen Fakultät geforscht wird, hat große Vorteile. Man findet beispielsweise die richtige Ansprechperson, um Forschungsergebnisse zu diskutieren, man kann das eigene „Know-How“ erweitern und Forschungskooperationen innerhalb der TU Wien werden erheblich erleichtert. So wurde die Idee des Vienna young Scientists Symposium (VSS) geboren.

Das VSS ist eine neue Plattform der TU Wien, an der Wissenschafterinnen und Wissenschafter, wie auch Studierende eigene Forschungsaktivitäten präsentieren können. Diese Plattform soll hauptsächlich der instituts­ und fakultätsübergreifenden, regelmäßige Vernetzung innerhalb der TU Wien dienen. Die Premiere findet am 25. und 26.06.2015 im Hauptgebäude der TU Wien statt. Innerhalb dieser beiden Tage sollen die vier Forschungsbereiche Werkstoffwissenschaften, Simulation, Mechatronik und Energietechnik mittels Vorträgen und Diskussionen an einem Poster oder Exponat abgedeckt werden. Die Vortragenden werden auf Basis von zweiseitigen Abstracts, die einem TU­internen Reviewprozess unterzogen werden, ausgewählt.

Mit diesem neuartigen Projekt soll die Vernetzung an der TU Wien, die Publikation von neuem Wissen, sowie die Entstehung von Kooperationen gezielt gefördert werden. Hiermit laden wir Sie herzlich ein, sich am Vienna young Scientists Symposium zu beteiligen und starten den „Call for Abstracts“.

http://vss.tuwien.ac.at
vss@tuwien.ac.at