ESD笔记（五）_栅氧层击穿原理

小咪咪 2022-08-31 07:09 249阅读 0赞

## 栅氧层击穿失效原理： ##

MOS栅氧层击穿规律可以用传统的氧化层的渗透模型解释如图2.5所示，在芯片的制造中由于工艺、材料及环境等的影响，无法避免的在氧化层内引入一定的缺陷，当氧化层上下层界面间被施加较高电压时，氧化层中的缺陷就会形成一个个电子阱，随机分布在氧化层中间。在氧化层电场的作用下每个电子胖都有俘获电子的能力，同时电子也有可能从一个电子胖获得能量后跃迁到另一个电子胖中去。假设每个电子胖俘获电子的能力相同，俘获电子范围的半径为r,那么每个电子胖就会以r为半径形成一个俘获电子的球形区域。在高电场的作用下电子胖俘获电子的区域可能相互重叠，形成了一条自氧化层上界面到下界面的电流通路，那么这条通路就成为一条发生潜在击穿的通路。随着栅电流的不断增大，栅氧层通路形成电流通道，氧化层性能缓慢下降。当电流通过缺陷通道进一步放电，氧化层被击穿，栅极被损坏。由于电子胖在氧化层中的分布是随机的，当氧化层越薄，则需要形成通路的电子胖数目就相对越少，因此薄的氧化层比厚的氧化层更容易发生击穿。与此同时，由于单位面积栅氧化层缺陷在概, 率统计中是一定的，因此相比一块小面积的氧化层，大面积的氧化层形成一条自上而下击穿通路的可能性更大。这也解释了上节中所总结的一般性规律。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NzEzOTY0OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

当MOS沟道长度（Lch)减小到纳来尺度，短沟道效应影响着器件性能。

如图2.6所示，由于源漏注入的横向扩散，源漏与栅极的交叠区域占整个沟道长度的比例大大增加，MOS有效沟道长度（Leff)急剧减小，器件内部的电场强度增强。尤其在栅源和栅漏交叠区域存在强电场，导致栅极TLP击穿电压减小变得十分显著。因此短沟道器件栅氧层的瞬态电压对沟道长度的变化非常敏感。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NzEzOTY0OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 栅氧层击穿失效图片： ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NzEzOTY0OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NzEzOTY0OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220829/761a2f317fe546ec8da01eb2bd7a1196.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NzEzOTY0OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220829/b8b39eaa611843f4a67672f6651431ff.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NzEzOTY0OQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220829/ec7f263f5df448e9960841ba6262461b.png