• 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.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제18권10호
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• pp.883-890
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• 2005

In this paper, the established model of NBTI (Negative Bias Temperature Instability) mechanism was reviewed. Based on this mechanism, then, the influence of nitrogen was discussed among other processes. A constant concentration of nitrogen exists inside $SiO_2$ in order to prevent boron from diffusing and to increase dielectric constant. It was shown that NBTI improvement was achieved by controlling nitrogen profile. It was supposed that the existence of low activation energy of Si-N bonds at $Si-SiO_2$ interface attributes the improvement by making hydrogen prevent interface traps. It was also shown that improvement of NBTI can be achieved by more effective control of nitrogen profile. It was supposed that the maximum control of nitrogen profile can be achieved by DPN (Decoupled Plasma Nitridation) process.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제16권3호
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• pp.181-185
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• 2003

Influence of post gate oxidation anneal on Negative Bias Temperature Instability (NBTI) of PMOSFE has been investigated. At oxidation anneal temperature raised above 950$^{\circ}$C, a significant improvement of NBTI was observed which enables to reduce PMO V$\_$th/ shift occurred during a Bias Temperature (BT) stress. The high temperature anneal appears to suppress charge generations inside the gate oxide and near the silicon oxide interface during the BT stress. By measuring band-to-band tunneling currents and subthreshold slopes, reduction of oxide trapped charges and interface states at the high temperature oxidation anneal was confirmed.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 한국정보디스플레이학회 2007년도 7th International Meeting on Information Display 제7권2호
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• pp.1075-1078
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• 2007

Negative Bias Temperature Instability (NBTI) in Eximer Laser Annealing (ELA) based Low Temperature polysilicon (LTPS) Thin-Film Transistors (TFT) was investigated. Even though NBTI is generally appeared in devices with thin gate oxide, the TFT with gate oxide thickness of 120 nm, relatively thick, also showed NBTI effect and dynamic NBTI effect is dependent on operational frequency.

• 한국정보디스플레이학회:학술대회논문집
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• 한국정보디스플레이학회 2009년도 9th International Meeting on Information Display
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• pp.550-552
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• 2009

The negative bias temperature instability on LTPS TFTs in a darkened and an illuminated environment was investigated. Experimental results reveal that the generation of interface state density showed no change between the different NBTI stresses. The degradation of the grain boundary trap under illumination was more significant than for the darkened environment.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제21권8호
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• pp.687-694
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• 2008

This paper is focused on the improvement of MOS device reliability related to deuterium process. The injection of deuterium into the gate oxide film was achieved through two kind of method, high-pressure annealing and low-energy implantation at the back-end of line, for the purpose of the passivation of dangling bonds at $SiO_2/Si$ interface. Experimental results are presented for the degradation of 3-nm-thick gate oxide ($SiO_2$) under both negative-bias temperature instability (NBTI) and hot-carrier injection (HCI) stresses using P and NMOSFETs. Annealing process was rather difficult to control the concentration of deuterium. Because when the concentration of deuterium is redundant in gate oxide excess traps are generated and degrades the performance, we found annealing process did not show the improved characteristics in device reliability, compared to conventional process. However, deuterium ion implantation at the back-end process was effective method for the fabrication of the deuterated gate oxide. Device parameter variations under the electrical stresses depend on the deuterium concentration and are improved by low-energy deuterium implantation, compared to conventional process. Our result suggests the novel method to incorporate deuterium in the MOS structure for the reliability.

• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제13권2호
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• pp.139-144
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• 2013

Negative bias temperature instability (NBTI) has become a major factor determining circuit reliability. The effect of the NBTI on the circuit performance depends on the duty cycle which represents the stress and recovery conditions of each device in a circuit. In this paper, we propose an analytical model to perform more accurate duty cycle estimation at the gate-level. The proposed model allows accurate (average error rate: 3%) computation of the duty cycle without the need for expensive transistor-level simulations Furthermore, our model estimates the waveforms at each node, allowing various aging effects to be applied for a reliable gate-level circuit aging analysis framework.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제13권2호
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• pp.348-354
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• 2009

본 논문은 p-MOS 트랜지스터에서 음 바이어스 온도 불안정(NBTI) 전류 스트레스 인가에 의해서 드레인 전류, 문턱 전압, 문턱 전압아래 기울기, 게이트유기 드레인 누설(GIDL) 전류가 변화하는 열화특성을 측정하고 분석하였다. 스트레스 시간, 온도와 전계 의존에 연관된 열화 크기는 실리콘/산화막 계면에서 계면 트랩 생성에 좌우된다는 것으로 나타났다. 문턱 전압의 변화와 문턱 전압아래 기울기 사이에 상관관계로부터, 소자 열화에 대한 중요한 메카니즘이 계면 상태의 생성과 관련이 있다는 것을 분석하였다. GIDL 측정 결과로부터, NBTI 스트레스에 기인한 계면상태에서 전자 정공쌍의 생성이 GIDL 전류의 증가를 가져온다. 그러므로 초박막 게이트 산화막 소자에서 NBTI 스트레스 후에 GIDL 전류 증가를 고려하여 야만 한다. 또한, 신뢰성 특성과 dc 소자 성능을 동시에 고려함이 초고집적 CMOSFET의 스트레스 공학기술에서 상당히 필수불가결하다.

• 대한전자공학회논문지SD
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• 제49권2호
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• pp.23-30
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• 2012

본 논문에서는 음 바이어스 온도 불안정성 (NBTI) 효과에 의해서 야기되는 파워 게이팅 구조의 성능 저하와 증가하는 기상시간을 보상하기위한 새로운 적응형 헤더기반의 파워 게이팅 구조를 제안한다. 제안된 구조는 두 개의 패스 (two-pass)를 가지는 파워 게이팅 구조에 기반을 둔 폭 변화 헤더(header)와 적응형 제어를 위한 새로운 NBTI 센싱 회로로 구성된다. 본 논문의 시뮬레이션 결과는 적응형 제어를 하지 않는 파워 게이팅의 시뮬레이션 결과와 비교되며, 그 결과는 파워 게이팅 구조에서 누설 전력과 돌입 전류(rush current)을 작게 유지하면서 회로 지연과 기상시간에 대한 NBTI 의존성이 단지 3% 와 4% 내로 줄어든다는 것을 보여준다. 본 논문에서는 45nm CMOS 공정과 NBTI 예측 모델이 제안된 회로를 구성하기 위해서 사용된다.

• 한국통신학회논문지
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• 제35권1A호
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• pp.80-86
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• 2010

본 논문은 게이트 채널 길이 0.13 [${\mu}m$]의 p-MOS 트랜지스터에서 음 바이어스 온도 불안정(NBTI) 전류 스트레스 인가에 의한 게이트유기 드레인 누설(GIDL) 전류를 측정 분석하였다. NBTI 스트레스에 의한 문턱전압의 변화와 문턱전압아래 기울기와 드레인 전류 사이에 상관관계로부터, 소자의 특성 변화의 결과로 열화에 대한 중요한 메카니즘이 계면 상태의 생성과 관련이 있다는 것을 분석하였다. GIDL 전류의 측정 결과로부터, NBTI 스트레스에 기인한 계면상태에서 전자-정공 쌍의 생성이 GIDL 전류의 증가의 결과를 도출하였다. 이런 결과로 부터, 초박막 게이트 산화막 소자에서 NBTI 스트레스 후에 증가된 GIDL 전류를 고려해야만 한다. 또한, 동시에 신뢰성 특성과 직류 소자 성능의 고려가 나노 크기의 CMOS 통신회로 설계의 스트레스 파라미터들에서 반드시 있어야 한다.