HCl氧化物MOS结构质子辐照诱导的界面陷阱效应

用微分电容法研究质子辐照HCl氧化物铝栅MOS结构诱导的界面陷阱,栅氧化层在1 160℃很干燥的、含0～10％HCl的气氛中热生长而成,质子辐照能量为120～300keV,注入总剂量范围为8×10~(13)～1×10~(16)p/cm~2。结果表明,辐照诱导的界面陷阱能级密度随质子能量、剂量增加而增加。然而,氧化层中掺入6％HCl时,辐照诱导的界面陷阱明显减少。这样,已能有效地改变MOS器件的抗辐照性能。实验结果可用H~+二级过程解释。     

一种降低氧化物表面态电荷密度的新方法——C_2HCl_3氧化技术

本文介绍一种降低硅氧化物表面态电荷密度的新工艺——三氯乙烯(C_2HCl_3)氧化技术。采用本工艺能较稳定地将表面电荷密度N_(ss)控制在10~(10)数量级,在10～12Ω-cm的P型衬底上制作出N沟增强型MOS器件。经过系统的实验,在研制N沟MOS大规模集成电路的栅氧化工艺中已用C_2HCl_3氧化取代了HCl氧化,成功地研制出了N沟MOS大规模集成电路。     

用真空紫外辐照研究Si-SiO_2界面的氧化层陷阱和界面态

以氦灯真空紫外光源研究了辐照下 n(100)硅衬底MOS样品的氧化层陷阱和Si-SiO_2界面态.发现在湿氧和干氧氧化层中都存在密度为10~(12)/cm~2数量级的空穴陷阱,部分氧化层中有密度为10~(11)/cm~2的受主型电子陷阱.湿氧样品在正偏置和零偏置辐照后出现具有确定能级(E_c-E_s(?)0.40eV)的界面态密度宽峰.辐照引进的界面态和空穴被陷阱俘获有关,在1×10~(10)～5 × 10~(11)cm~(-2)·eV~(-1)范围,禁带中央界面态密度正比于被俘获空穴的密度.辐照产生的界面态不能由电子注入加以消除.本文由空穴俘获-弱键破裂模型讨论了实验结果.     

软X射线辐照引入于SiO_2中的中性陷阱

本文用雪崩热电子注入技术与MOS C-V技术,研究了软X射线辐照引入于SiO_2中的中性陷阱的性质.给出陷阱俘获截面σ为10~(-15)～10~(-16)cm~2,有效陷阱密度为10~(11)～10~(12)cm~(-2).发现陷阱密度随辐照时间的增加而升高,但很快趋于饱和;陷阱密度并随辐照强度的提高而增大.文中研究了室温及77°K下中性陷阱的俘获特性以及陷阱的解陷作用.还给出了陷阱的退火实验结果.     

MOS界面态参数测量的复电容方法

本文叙述了用测量MOS复电容方法研究界面陷阱的性质.这一方法是基于用锁相放大技术对器件的复电容(电容的实部和虚部)的直接测量来提取界面陷阱的态密度D_(it)(E)和俘获截面σ(E).这一方法可测损耗角达5×10~(-3),所以具有较高的灵敏度,对典型掺杂浓度的MOS器件,可测界面态密度为10~9/cm~2·eV.     

深亚微米体硅器件电离辐射及退火与温度的相关性研究

对经过Co60不同剂量剂量率辐照的体硅MOS器件(NMOSFET与PMOSFET)分别进行了室温和高温下的退火实验,并对退火结果进行分析,讨论了退火温度对MOS器件阈值电压及辐射感生的氧化层陷阱电荷与界面态电荷产生的影响.     

MNOS结构界面陷阱分布的TSC谱研究

本文应用热激电流(TSC)方法研究了MNOS结构中界面陷阱随能量和空间分布的情况.在Wei-Simmons模型的基础上,建立了MNOS结构TSC 谱存储峰的分析理论.该理论满意地描述了实验结果,并得出所研制的MNOS结构存储陷阱分布的主要参数N_o、E_t和d分别为1.47×10~(10)cm~(-3)、1.09eV和50A,模型参数τ_o及v_o和前人的理论结果一致。本文同时确定了该MNOS结构中、超薄SiO_2膜Si/SiO_2界面上态密度的D_(it)(E)分布,其结果和MOS结构中厚SiO_2膜的界面情况类似.     

适用于制作绝缘体上硅的硅片粘合技术

本文从几个方面探讨了一种应用粘合二氧化硅片制作绝缘体上硅的新技术。粘合是通过将一对亲水表面相互贴合的硅片置于惰性气体中加热来实现的。提出了一种以裂解传播理论为基础的适用于计算粘合表面能的定量方法。研究发现粘合强度随着粘合温度的升高而增加,从室温下的60～85尔格/cm~2升到1400℃时的2 200尔格/cm~2。粘合强度基本上与键合时间无关。通过800℃退火10分钟达到的机械强度,足以承受为获得所需厚度而对上面硅片进行的机械或化学减薄加工以及随后的器件制作工序。提出了一种模型解释在实验温度范围内粘合的三种明显状态。采用金属-氧化物-半导体(MOS)电容器来测试粘合的电特性,其结果与在粘合界面处的负电行密度约10~(11)cm~(-2)一致。采用两次深腐蚀工艺将芯片低薄到希望的厚度,其厚度均匀性在 4英寸硅片上为± 20nm。剩余硅层中的线位错密度是10~2～10~3cm~(-2),残留的掺杂剂浓度少于5×10~(15)cm~(-3),两者都是腐蚀阻挡层的剩余物。在20～100mm厚的硅层上制作的互补金属-氧化物-半导体(CMOS)器件具有 60mV/dec亚阈值斜率(包括n沟和p沟MOS晶体管)。有效载流子寿命在80nm和300nm厚硅膜中是15～20μs。在硅膜覆盖的氧化层界面上的界面态密度是≥5 ×10~(10)cm(-2)。     

用C—V测量技术研究HCl氧化对表面态的影响

前言在N沟MS4096单管单元随机存储器的研制中,设计要求在电阻率为9～10Ω—cm的P型衬底上,作出增强型器件(V_T=0.2～0.5V),这就意味着硅中的表面态要在10~(11)/cm~2数量级以下。但在通常的氧化条件下,获得的样品表面态往往是10~(11)～10~(12)数量级。据国内外一些文献报导,在氧化气氛中,加入一定比例的HCl,则可大大降低表面态密度。针对这个问题,我们借助C—V测试技术,作了大量的实验工作,结果表明,掺HCl氧化所得到的样品表面态密度可以减少到10~(10)/cm~2数量级。用体积比为6—7％的HCl氧化气氛加上适当的退火条件,现已做出了合格的模拟4096位的4×4单管单元随机存储器。掺HCl氧化确实是降低表面态的一种行之有效的工艺措施。     

SiC掺氯热氧化技术与SiC MOS电容偏压温度不稳定性

偏压温度不稳定性(BTI)是影响SiC MOS器件性能的关键因素。提出了一种制备SiC MOS电容的新工艺，即在SiC干氧氧化气氛中掺入氯化氢(HCl),并对比了不同HCl与O₂体积流量比对SiC MOS电容电学性能的影响。结果表明，该工艺有效地改善了SiC MOS电容的栅氧击穿特性，降低了界面态密度，提升了平带电压稳定性。二次离子质谱(SIMS)和X射线光电子能谱(XPS)测试分析表明，掺氯热氧化技术能够有效消除界面缺陷。进一步分析表明，SiC掺氯热氧化技术能够降低可动离子面密度和氧化层陷阱电荷密度，能够有效改善器件的BTI特性。     

注氟MOSFET电离辐射响应特性

对氢氧合成栅氧化后注F的MOSFET进行了γ射线辐照试验,分析了不同注F剂量的MOSFET电离辐射响应特性。结果表明,在1×10~(15)～1×10~(16)F/cm~2F注量范围内,注F能够明显抑制辐射感生氧化物电荷和界面态的增长,且F注量越高,抑制能力越强,F的注入能减少工艺过程所带来的氧化物电荷和界面态。用Si一F结键替代其它在辐射过程中易成为电荷陷阱的应力键模型对实验结果进行了讨论。可以预测,F在Si/SiO_2界面附近和SiO_2中的行为直接与MOS结构的辐射响应相对应,而F的行为依赖于注F工艺条件。     

用光注入电流衰减测量绝缘膜中陷阱的俘获截面

MOS结构中光注入时外电路电流特性与绝缘膜中陷阱俘获截面密切相关.本文给出了外电路电流的时间衰减关系.借此,可以方便地测量陷阱的俘获截面.该方法可以应用于非硅衬底的金属-绝缘膜-金属(MIM)结构中.     

硅上HCl—O_2氧化物热生长的动力学

对于(111)、(100)、(311)和(110)晶面的硅片,研究了在1100℃下氧化物生长的动力学与HCl/O_2的克分子比(低于10％)的关系。其结论是,在有HCl存在的情况下,氧化速度显著增加,其原因有三点:第一是增强了氧和水分子在HCl氧化物中的扩散;第二是由于HCl的催化作用,增强了硅-二氧化硅界面处的反应;第三是水对氧化的影响,其反应式为2HCl+1/2O_2(?)H_2O+Cl_2。对氧和水分子在HCl氧化物中的扩散率进行了测量,测量技术是基于在最初的HCl生长后,再以干氧或湿氧氧化。从反应炉流出的气体的红外光谱分析和通过显微镜以及二次电子显微镜对硅-二氧化硅界面的观测,揭示了增强反应的实质,它和硅的HCl气体腐蚀密切相关。     

MOS结构的软X射线辐射损伤

本文报道了MOS结构受软X射线辐照的辐射损伤的研究结果.指出,软X射线辐照将引起了 SiO_2层中正电荷及SiO_2-Si界面界面态密度的增加,而且在SiO_2体内形成电子陷阱和中性陷阱.文中还报道了辐射损伤的退火结果.     

薄二氧化硅MOS电容电离辐射陷阱电荷研究

采用高频 C- V曲线方法 ,研究了 5 0 nm及 15 nm MOS电容电离辐射空穴陷阱及界面态的建立过程 .二种样品电离辐射空穴陷阱电荷密度在 1× 10 3Gy(Si)剂量下近乎相同 ,而在大于 3× 10 3Gy(Si)剂量下 ,5 0 nm MOS电容的电荷密度约为 15 nm MOS电容的 2倍 .利用电离辐射后的隧道退火效应 ,计算出二种样品电离辐射陷阱电荷在Si- Si O2 界面附近分布的距离均约为 4nm .     

用HCl加热氧化法制备优质栅氧化物介质的实验

栅氧化物介质是MOS电路制作中的关键工艺之一。近年来大量地报告了有关在热生长栅氧化物介质时将氧或氧化物适量地添加到氧化气氛中去。证实了可以获得优质的栅氧化物介质,HCl氧化法就是其中方法之一。我们在鼓泡法基础上利用不同温度下HCl的PHCl值的不同,对HCl进行加热,实现了简便地控制优质栅氧化物介质的目的。大量实验证明这是切实可行的。     

MOS晶体管中辐照引起的陷阱正电荷的强压退火

电离辐射在 MOS结构的 Si O2 层中建立正陷阱电荷 ,这些正陷阱电荷在正强栅偏压( + 2 0 V)下迅速减少 ,这是由于正栅压引起硅衬底中的电子向 Si O2 层隧道注入 ,从而与陷阱正电荷复合 .正栅压退火不仅对 N沟 MOS结构非常有效 ,对 P沟 MOS结构也有一定的影响 .给出了辐照后的 NMOS和 PMOS晶体管在强正栅压下退火的实验结果 ,阐明了正栅压下的“隧道退火”机理 .     

半导体物理

Y2000-62422-48 0103656高剂量 SIMOX 硅片 SOI-BOX 界面局域能量陷阱态分析=Evidence of energetically-Localized trap-states at SOI-BOX interface in high-dose SIMOX wafers[会,英]/Ushiki,T.& Kotani,K.//1999 IEEE InternationalSOI Conference Proceedings.—48～49(EC)Y2000-62422-52 0103657绝缘体上硅 MOS 场效应晶体管中的栅极二极管:用     

二氧化硅上卤素灯再结晶硅膜的电特性

采用电容技术和传输测量对氧化物覆盖的硅衬底上的卤素灯退火再结晶硅膜的电特性进行了研究。经深能级瞬态谱分析表明,本体和界面的缺陷密度分别低于5×10~(11)cm~(-3)和10~(10)eV~(-1)cm~(-2)。然而,由脉冲的金属-氧化物-半导体(MOS)电容技术测得的产生寿命为0.1μs数量级。该寿命不能由所观察到的极低缺陷密度所确定的本体或表面产生来计算。缺陷源可能是次晶粒边界。由耗尽形MOS晶体管测得的电子迁移率(μ=700cm~2/Vs)与由本体材料所测得的相差不大。次晶粒边界对载流子的传输似乎没有明显的影响。     

退火温度对高介电常数Ta2O5薄膜电学性能的影响

利用磁控溅射法在硅(Si)衬底上沉积了Ta2O5薄膜,对薄膜进行了不同温度的退火处理,并利用X射线衍射仪对薄膜的微观结构进行了分析.然后在Si的背面和介电薄膜的上面沉积Pt电极,组成了金属—氧化物—半导体( MOS)电容器,对不同温度下退火得到的薄膜制备的MOS电容器的电学性能进行了研究.结果表明,薄膜在700℃开始结...