• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제13권2호
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• pp.87-97
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• 2013

Negative bias temperature instability (NBTI) and positive bias temperature instability (PBTI) are critical circuit reliability issues in highly scaled CMOS technologies. In this paper, we analyze the impacts of NBTI and PBTI on SRAM $V_{MIN}$, and present a design solution for mitigating the impact of NBTI and PBTI on SRAM $V_{MIN}$. Two different types of SRAM $V_{MIN}$ (SNM-limited $V_{MIN}$ and time-limited $V_{MIN}$) are explained. Simulation results show that SNM-limited $V_{MIN}$ is more sensitive to NBTI while time-limited $V_{MIN}$ is more prone to suffer from PBTI effect. The proposed NBTI/PBTI-aware control of wordline pulse width and woldline voltage improves cell stability, and mitigates the $V_{MIN}$ degradation induced by NBTI/PBTI.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.122-122
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• 2008

Recently, Metal/Alumina/Silicon-Nitride/Silicon-Oxide/Silicon (MANOS) structures are one of the most attractive candidates to realize vertical scaling of high-density NAND flash memory [1]. However, as ANO layers are miniaturized, negative and positive bias temperature instability (NBTI/PBTI), such as the flat band voltage shift, ${\Delta}V_{FB}$, the interfacial trap density increase, ${\Delta}D_{it}$, the gate leakage current, ${\Delta}I_G$. and the retention characteristics, in MONOS capacitors, becomes an important issue in terms of reliability. It is well known that tunnel oxide degradation is a result of the oxide and interfacial traps generation during FN (Fowler-Nordheim) stress [2]. Because the bias temperature stress causes an increase of both interfacial-traps and fixed oxide charge could be a factor, witch can degrade device reliability during the program and erase operation. However, few studies on NBTI/PBTI have been conducted on improving the reliability of MONOS devices. In this work, we investigate the effect of post-annealing gas on bias temperature instability (BTI), such as the flat band voltage shift, ${\Delta}V_{FB}$, the interfacial trap density shift, ${\Delta}I_G$ retention characteristics, and the gate leakage current characteristics of MANOS capacitors. MANOS samples annealed at $950^{\circ}C$ for 30 s by a rapid thermal process were treated via additional annealing in a furnace, using annealing gases $N_2$ and $N_2-H_2$ (2 % hydrogen and 98 % nitrogen mixture gases) at $450^{\circ}C$ for 30 min. MANOS samples annealed in $N_2-H_2$ ambient had the lowest flat band voltage shift, ${\Delta}V_{FB}$ = 1.09/0.63 V at the program/erase state, and the good retention characteristics, 123/84 mV/decade at the program/erase state more than the sample annealed at $N_2$ ambient.

• 한국산업정보학회논문지
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• 제18권6호
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• pp.25-30
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• 2013

나노크기 MOSFET 공정에서 회로의 신뢰도에 영향을 미치는 음 바이어스 온도 불안정성(NBTI), 핫 캐리어 주입(HCI), 시간 의존 유전체 파손(TDDB) 등과 같은 노화 현상들에 의해서 회로 성능의 심각한 저하를 가져올 수 있다. 그러므로, 본 논문에서는 디지털회로에서 발생할 수 있는 노화를 극복할 수 있는 적응형 보상 회로를 제안하고자 한다. 제안된 보상회로는 노화에 의해 감소하는 회로 성능을 적응적으로 보상해 주기 위해서 노화 정도에 따라 파워스위치 폭을 조절할 수 있고, 순방향 바디 바이어싱 전압을 걸어줄 수 있는 파워 게이팅 구조를 사용하여서 45nm의 공정기술에서 설계되었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제37회 하계학술대회 초록집
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• pp.147-147
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• 2009

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제43권3호
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• pp.1-8
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• 2006

본 논문에서는 채널 stress에 따른 Nano-scale CMOSFET의 소자 및 신뢰성 (HCI, NBTI)특성을 분석하였다. 잘 알려져 있듯이 NMOS는 tensile, PMOS는 compressive stress가 인가된 경우에 소자의 특성이 개선되었으며, 이는 전자와 정공의 이동도 증가에 의한 것임을 확인하였다. 그러나 신뢰성인 경우에는 소자 특성과는 다른 특성을 나타냈는데, NMOS와 PMOS 모두 tensile stress가 인가된 경우에 hot carrier 특성이 더 열화 되었으며, PMOS의 PBTI 특성도 tensile에서 더 열화 되었음을 확인하였다. 신뢰성을 분석한 결과, 채널의 tensile stress로 인하여 $Si/SiO_2$ 계면에서 interface trap charge의 생성과 산화막 내 positive fixed charge의 생성에 많은 영향을 끼침을 알 수 있었다. 그러므로 나노급 CMOSFET에 적용되는 strained-silicon MOSFET의 개발을 위해서는 소자의 성능 뿐 만 아니라 신뢰성 또한 고려되어야 한다.

• 한국산업정보학회논문지
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• 제19권4호
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• pp.33-39
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• 2014

본 논문에서는 나노미티 기술에서 HCI와 BTI와 같은 노화 현상에 의해 야기되는 MOSFET 디지털 회로의 실패를 정확히 예측을 위한 플립플롭 기반의 온-칩 노화 센싱 회로를 제안한다. 제안된 센싱 회로는 순차회로의 가드밴드 (guardband) 위반에 대한 경고를 나타내는 타이밍 윈도우를 이용해서 노화에 의한 회로의 동작 실패 전에 경고 비트를 발생한다. 발생된 비트는 고신뢰의 시스템 설계를 위한 적응형 셀프-튜닝 방법에서 제어 신호로 사용될 것이다. 노화 센싱 회로는 0.11um CMOS 기술을 사용해서 구현되었고, 파워-게이팅 구조를 가지는 $4{\times}4$ 곱셈기에 의해서 평가되었다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제46권12호
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• pp.18-23
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• 2009

본 연구는 실리콘 기판과 실리콘 산화막 사이의 계면 트랩 밀도와 게이트 누설 전류를 조사하여, Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon (MONOS) 메모리 소자의 계면 트랩 특성의 수소-질소 열처리 효과를 조사하였다. 고속열처리 방법으로 850도에서 30초 동안 열처리한 MONOS 샘플들을 질소 가스와 수소-질소 혼합 가스를 사용하여 450도에서 30분 동안추가 퍼니스 열처리 공정을 수행하였다. 열처리 하지 않은 것, 질소, 수소-질소로 열처리 한 세 개의 샘플 중에서, 커패시터-전압 측정 결과로부터 수소-질소 열처리 샘플들이 가장 적은 계면 트랩 밀도를 갖는 것을 확인하였다. 또한, 전류-전압 측정 결과에서, 수소-질소 열처리 소자의 누설전류 특성이 개선되었다. 위의 실험 결과로부터, 수소-질소 혼합 가스로 추가 퍼니스 열처리의해 실리콘 기판과 산화막 사이의 계면 트랩 밀도를 상당히 줄일 수 있었다.