多晶硅注氮制备4.6nm超薄栅介质

为了改善深亚微米CMOS器件p+-poly栅中硼扩散问题,通过选择合适的注氮能量和剂量,采用多晶硅栅注氮工艺,既降低了硼在多晶硅栅电极中的扩散系数,又在栅介质内引入浓度适宜的氮,有效地抑制了硼在栅介质内的扩散所引起的平带电压漂移,改善了Si/SiO2界面质量,提高了栅介质和器件的可靠性,制备出了性能良好的4.6nm超薄栅介质.     

硅衬底注氮方法制备超薄SiO2栅介质

利用栅氧化前在硅衬底内注氮可抑制氧化速率的方法,制得3.4nm厚的SiO2栅介质,并将其应用于MOS电容样品的制备.研究了N+注入后在Si/SiO2中的分布及热退火对该分布的影响;考察了不同注氮剂量对栅氧化速率的影响.对MOS电容样品的I-V特性,恒流应力下的Qbd,SILC及C-V特性进行了测试,分析了不同氧化工艺条件下栅介质的性能.实验结果表明:注氮后的热退火过程会使氮在Si/SiO2界面堆积;硅衬底内注入的氮的剂量越大,对氧化速率的抑制作用越明显;高温栅氧化前进行低温预氧化的注氮样品较不进行该工艺步骤的注氮样品具有更低的低场漏电流和更小的SILC电流密度,但二者恒流应力下的Qbd值及高频C-V特性相近.     

硅衬底注氮方法制备超薄SiO2栅介质

利用栅氧化前在硅衬底内注氮可抑制氧化速率的方法,制得3.4nm厚的SiO2栅介质,并将其应用于MOS电容样品的制备.研究了N 注入后在Si/SiO2中的分布及热退火对该分布的影响;考察了不同注氮剂量对栅氧化速率的影响.对MOS电容样品的I-V特性,恒流应力下的Qbd,SILC及C-V特性进行了测试,分析了不同氧化工艺条件下栅介质的性能.实验结果表明:注氮后的热退火过程会使氮在Si/SiO2界面堆积;硅衬底内注入的氮的剂量越大,对氧化速率的抑制作用越明显;高温栅氧化前进行低温预氧化的注氮样品较不进行该工艺步骤的注氮样品具有更低的低场漏电流和更小的SILC电流密度,但二者恒流应力下的Qbd值及高频C-V特性相近.     

Snapback应力对90nm nMOSFET栅氧化层完整性的影响

基于测试对snapback应力引起的栅氧化层损伤特性和损伤位置进行了研究．研究发现应力期间产生的损伤引起器件特性随应力时间以近似幂指数的关系退化．应力产生的氧化层陷阱将会引起应力引起的泄漏电流增加，击穿电荷减少，也会造成关态漏泄漏电流的退化．栅氧化层损伤不仅在漏区一侧产生，而且也会在源区一侧产生．热空穴产生的三代电子在指向衬底的电场作用下向Si-SiO2界面移动，这解释了源区一侧栅氧化层损伤的产生原因．     

Snapback应力对90nm nMOSFET栅氧化层完整性的影响

基于测试对snapback应力引起的栅氧化层损伤特性和损伤位置进行了研究.研究发现应力期间产生的损伤引起器件特性随应力时间以近似幂指数的关系退化.应力产生的氧化层陷阱将会引起应力引起的泄漏电流增加,击穿电荷减少,也会造成关态漏泄漏电流的退化.栅氧化层损伤不仅在漏区一侧产生,而且也会在源区一侧产生.热空穴产生的三代电子在指向衬底的电场作用下向Si-SiO2界面移动,这解释了源区一侧栅氧化层损伤的产生原因.     

氮注入多晶硅栅对超薄SiO_2栅介质性能的影响

p+ 多晶硅栅中的硼在 Si O2 栅介质中的扩散会引起栅介质可靠性退化 ,在多晶硅栅内注入 N+ 的工艺可抑制硼扩散 .制备出栅介质厚度为 4 .6 nm的 p+栅 MOS电容 ,通过 SIMS测试分析和 I- V、C- V特性及电应力下击穿特性的测试 ,观察了多晶硅栅中注 N+工艺对栅介质性能的影响 .实验结果表明 :在多晶硅栅中注入氮可以有效抑制硼扩散 ,降低了低场漏电和平带电压的漂移 ,改善了栅介质的击穿性能 ,但同时使多晶硅耗尽效应增强、方块电阻增大 ,需要折衷优化设计 .     

氮注入多晶硅栅对超薄SiO2栅介质性能的影响

p+多晶硅栅中的硼在SiO2栅介质中的扩散会引起栅介质可靠性退化,在多晶硅栅内注入N+的工艺可抑制硼扩散.制备出栅介质厚度为4.6nm的p+栅MOS电容,通过SIMS测试分析和I-V、C-V特性及电应力下击穿特性的测试,观察了多晶硅栅中注N+工艺对栅介质性能的影响.实验结果表明:在多晶硅栅中注入氮可以有效抑制硼扩散,降低了低场漏电和平带电压的漂移,改善了栅介质的击穿性能,但同时使多晶硅耗尽效应增强、方块电阻增大,需要折衷优化设计.     

超薄Si3N4/SiO2叠层栅介质可靠性研究

实验成功地制备出等效氧化层厚度为亚2nm的Nitride/Oxynitride(N/O)叠层栅介质难熔金属栅电极PMOS电容并对其进行了可靠性研究.实验结果表明相对于纯氧栅介质而言,N/O叠层栅介质具有更好的抗击穿特性,应力诱生漏电特性以及TDDB特性.进一步研究发现具有更薄EOT的难熔金属栅电极PMOS电容在TDDB特性以及寿命等方面均优于多晶硅栅电极的相应结构.     

恒电流应力引起HfO2栅介质薄膜的击穿特性

利用磁控溅射的方法在p-Si上制备了高k(高介电常数)栅介质HfO2薄膜的MOS电容,对薄栅氧化层电容的软击穿和硬击穿特性进行了实验研究.利用在栅极加恒电流应力的方法研究了不同面积HfO2薄栅介质的击穿特性以及击穿对栅介质的I-V特性和C-V特性的影响.实验结果表明薄栅介质的击穿过程中有很明显的软击穿现象发生,与栅氧化层面积有很大的关系,面积大的电容比较容易发生击穿.分析比较了软击穿和硬击穿的区别,并利用统计分析模型对薄栅介质的击穿机理进行了解释.     

恒电流应力引起HfO_2栅介质薄膜的击穿特性

利用磁控溅射的方法在p- Si上制备了高k(高介电常数)栅介质Hf O2薄膜的MOS电容,对薄栅氧化层电容的软击穿和硬击穿特性进行了实验研究.利用在栅极加恒电流应力的方法研究了不同面积Hf O2 薄栅介质的击穿特性以及击穿对栅介质的I- V特性和C- V特性的影响.实验结果表明薄栅介质的击穿过程中有很明显的软击穿现象发生,与栅氧化层面积有很大的关系,面积大的电容比较容易发生击穿.分析比较了软击穿和硬击穿的区别,并利用统计分析模型对薄栅介质的击穿机理进行了解释     

Fabrication of Ultrathin SiO2 Gate Dielectric by Direct Nitrogen Implantation into Silicon Substrate

Nitrogen implantation in silicon substrate at fixed energy of 35keV and split dose of 1e14～5×1e14cm－2 is performed before gate oxidation.The experiment results indicate that with the increasing of implantation dose of nitrogen,oxidation rate of gate decreases.The retardation in oxide growth is weakened due to thermal annealing after nitrogen implantation.After nitrogen is implanted at the dose of 2×1e14cm－2,initial O2 injection method which is composed of an O2 injection/N2 annealing/main oxidation,is applied for preparation of 3.4nm gate oxide.Compared with the control process,which is composed of N2 annealing/main oxidation,initial O2 injection process suppresses leakage current of the gate oxide.But Qbd and HF C-V characteristics are almost identical for the samples fabricated by two different oxidation processes.     

3—6nm超薄SiO_2栅介质的特性

采用栅氧化前硅表面在 H2 SO4/ H2 O2 中形成化学氧化层方法和氮气稀释氧化制备出 3.2、 4和 6 nm的 Si O2超薄栅介质 ,并研究了其特性 .实验结果表明 ,恒流应力下 3.2和 4nm栅介质发生软击穿现象 .随着栅介质减薄 ,永久击穿电场强度增加 ,但恒流应力下软击穿电荷下降 .软击穿后栅介质低场漏电流无规则增大 .研究还表明 ,用软击穿电荷分布计算超薄栅介质有效缺陷密度比用永久击穿场强分布计算的要大 .在探讨软击穿和永久击穿机理的基础上解释了实验结果     

离子注入氮化薄SiO_2栅介质的特性

研究了通过多晶硅栅注入氮离子氮化 10 nm薄栅 Si O2 的特性 .实验证明氮化后的薄 Si O2 栅具有明显的抗硼穿透能力 ,它在 FN应力下的氧化物陷阱电荷产生速率和正向 FN应力下的慢态产生速率比常规栅介质均有显著下降 ,氮化栅介质的击穿电荷 (Qbd)比常规栅介质提高了 2 0 % .栅介质性能改善的可能原因是由于离子注入工艺在栅 Si O2 中引进的 N+离子形成了更稳定的键所致     

3.4nm超薄SiO2栅介质的特性

用LOCOS工艺制备出栅介质厚度为3.4nm的MOS电容样品,通过对样品进行I-V特性和恒流应力下V-t特性的测试,分析用氮气稀释氧化法制备的栅介质的性能,同时考察了硼扩散对栅介质性能的影响.实验结果表明,制备出的3.4nm SiO₂栅介质的平均击穿场强为16.7MV/cm,在恒流应力下发生软击穿,平均击穿电荷为2.7C/cm².栅介质厚度相同的情况下,P⁺栅样品的击穿场强和软击穿电荷都低于N⁺栅样品.     

金属沾污对超薄栅氧(2.5nm)特性的影响

采用可控的金属沾污程序,最大金属表面浓度控制在1012cm-2数量级,来模拟清洗工艺最大可能金属沾污表面浓度.利用斜坡电流应力和栅注入方式测量本征电荷击穿来评估超薄栅氧特性和金属沾污效应.研究了金属锆和钽沾污对超薄栅氧完整性的影响.实验结果表明金属锆沾污对超薄栅氧完整性具有最严重危害;金属钽沾污的栅氧发生早期击穿现象,而金属铝沾污对超薄栅氧完整性没有明显影响.     

金属沾污对超薄栅氧(2. 5nm)特性的影响

采用可控的金属沾污程序 ,最大金属表面浓度控制在 10 1 2 cm- 2数量级 ,来模拟清洗工艺最大可能金属沾污表面浓度 .利用斜坡电流应力和栅注入方式测量本征电荷击穿来评估超薄栅氧特性和金属沾污效应 .研究了金属锆和钽沾污对超薄栅氧完整性的影响 .实验结果表明金属锆沾污对超薄栅氧完整性具有最严重危害 ;金属钽沾污的栅氧发生早期击穿现象 ,而金属铝沾污对超薄栅氧完整性没有明显影响 .