含氟超薄栅氧化层的抗击穿特性研究

对含 F超薄栅氧化层的击穿特性进行了实验研究。实验结果表明 ,在栅介质中引入适量的 F可以明显地提高栅介质的抗击穿能力。分析研究表明 ,栅氧化层的击穿主要是由于正电荷的积累造成的 ,F的引入可以对 Si/Si O2 界面和 Si O2 中的 O3 ≡ Si·与 Si3 ≡ Si·等由工艺引入的氧化物陷阱和界面陷阱进行补偿 ,从而减少了初始固定正电荷和 Si/Si O2 界面态 ,提高了栅氧化层的质量。研究结果表明 ,器件的击穿电压与氧化层面积有一定的依赖关系 ,随着栅氧化层面积的减小 ,器件的击穿电压增大。     

不同工艺超薄栅氧化层的抗击穿特性

对注F、注N以及先注N后注F超薄栅氧化层的击穿特性进行了实验研究,实验结果表明,在栅介质中引入适量的F或N都可以明显地提高栅介质的抗击穿能力.分析研究表明,栅氧化层的击穿主要是由于正电荷的积累造成的,F或N的引入可以补偿Si/SiO2界面和SiO2中的O3≡Si·和Si3≡Si·等由工艺引入的氧化物陷阱和界面陷阱,从而减少了初始固定正电荷和Si/SiO2界面态,提高了栅氧化层的质量.通过比较发现,注N栅氧化层的抗击穿能力比注F栅氧化层强.     

不同工艺超薄栅氧化层的抗击穿特性

对注F、注N以及先注N后注F超薄栅氧化层的击穿特性进行了实验研究,实验结果表明,在栅介质中引入适量的F或N都可以明显地提高栅介质的抗击穿能力.分析研究表明,栅氧化层的击穿主要是由于正电荷的积累造成的,F或N的引入可以补偿Si/SiO2界面和SiO2中的O3≡Si·和Si3≡Si·等由工艺引入的氧化物陷阱和界面陷阱,从而减少了初始固定正电荷和Si/SiO2界面态,提高了栅氧化层的质量.通过比较发现,注N栅氧化层的抗击穿能力比注F栅氧化层强.     

含N超薄栅氧化层的击穿特性

研究了含N超薄栅氧化层的击穿特性.含N薄栅氧化层是先进行900C干氧氧化5min,再把SiO2栅介质放入1000C的N2O中退火20min而获得的,栅氧化层厚度为10nm.实验结果表明,在栅介质中引入适量的N可以明显地起到抑制栅介质击穿的作用.分析研究表明,N具有补偿SiO2中O3 Si@和Si3 Si@等由工艺引入的氧化物陷阱和界面陷阱的作用,从而可以减少初始固定正电荷和Si/SiO2界面态,因此提高了栅氧化层的抗击穿能力.     

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     

TDDB击穿特性评估薄介质层质量

与时间相关电介质击穿(TDDB)测量是评估厚度小于20nm薄栅介质层质量的重要方法.氧化层击穿前,隧穿电子和空穴在氧化层中或界面附近产生陷阱、界面态,当陷阱密度超过临界平均值 _bd时,发生击穿.击穿电量Q_bd值表征了介质层的质量.Q_bd值及其失效统计分布与测试电流密度、电场强度、温度及氧化层面积等有定量关系.TDDB的早期失效分布可以反映工艺引入的缺陷.TDDB可以直接评估氧化、氮化、清洗、刻蚀等工艺对厚度小于10nm的栅介质质量的影响.它是硅片级评估可靠性和预测EEPROM擦写次数的重要方法.     

衬底热空穴注入下的薄栅氧化层击穿特性

利用衬底热空穴(SHH)注入技术,分别定量研究了热电子和空穴注入对薄栅氧化层击穿的影响,讨论了不同应力条件下的阈值电压变化.阈值电压的漂移表明是正电荷陷入氧化层中,而热电子的存在是氧化层击穿的必要条件.把阳极空穴注入模型和电子陷阱产生模型统一起来,提出了薄栅氧化层的击穿是与电子导致的空穴陷阱相关的.研究结果表明薄栅氧化层击穿的限制因素依赖于注入热电子量和空穴量的平衡.认为栅氧化层的击穿是一个两步过程.第一步是注入的热电子打断Si一O键,产生悬挂键充当空穴陷阱中心,第二步是空穴被陷阱俘获,在氧化层中产生导电通路,薄栅氧化层的击穿是在注入的热电子和空穴的共同作用下发生的.     

薄栅氧化层相关击穿电荷

栅氧化层厚度的减薄要求深入研究薄栅介质的击穿和退化之间的关系 .利用衬底热空穴注入技术分别控制注入到薄栅氧化层中的热电子和空穴量 ,对相关击穿电荷进行了测试和研究 .结果表明薄栅氧化层击穿的限制因素依赖于注入热电子量和空穴量的平衡 .提出薄栅氧化层的击穿是在注入的热电子和空穴的共同作用下发生的新观点 .建立了 Si O2 介质击穿的物理模型并给出了理论分析     

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     

衬底热空穴注入下的薄栅氧化层击穿特性

利用衬底热空穴 (SHH)注入技术 ,分别定量研究了热电子和空穴注入对薄栅氧化层击穿的影响 ,讨论了不同应力条件下的阈值电压变化 .阈值电压的漂移表明是正电荷陷入氧化层中 ,而热电子的存在是氧化层击穿的必要条件 .把阳极空穴注入模型和电子陷阱产生模型统一起来 ,提出了薄栅氧化层的击穿是与电子导致的空穴陷阱相关的 .研究结果表明薄栅氧化层击穿的限制因素依赖于注入热电子量和空穴量的平衡 .认为栅氧化层的击穿是一个两步过程 .第一步是注入的热电子打断 Si— O键 ,产生悬挂键充当空穴陷阱中心 ,第二步是空穴被陷阱俘获 ,在氧化层中产生导电通路     

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 .     

衬底热空穴耦合的薄栅TDDB效应

通过衬底热空穴 (SHH,Substrate Hot Hole)注入技术 ,对 SHH增强的薄 Si O2 层击穿特性进行了研究 .与通常的 F- N应力实验相比 ,SHH导致的薄栅氧化层击穿显示了不同的击穿特性 .其击穿电荷要比 F- N隧穿的击穿电荷大得多 ,栅氧化层的击穿电荷量与注入的空穴流密度和注入时空穴具有的能量以及栅电压有关 .这些新的实验结果表明 F- N应力导致的薄栅氧化层的击穿不仅由注入的空穴数量决定 .提出了一个全新的衬底热空穴耦合的TDDB(Tim e Dependent Dielectric Breakdown)模型     

薄栅介质TDDB效应

在恒压和恒流应力条件下测试了超薄栅氧化层的击穿特性 ,研究了 TDDB(Tim e Dependent DielectricBreakdown)的可靠性表征方法 .对相关击穿电荷量 QBD进行了实验测试和分析 .结果表明 :相关击穿电荷量 QBD除了与氧化层质量有关外 ,还与应力电压和应力电流密度以及栅氧化层面积有关 .对相关系数进行了拟合 ,给出了 QBD的解析表达式 .按照上述表达式外推的结果和实验值取得了很好的一致 .提出了薄栅介质 TDDB效应的表征新方法     

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.     

超薄栅氧化层中的软击穿的击穿机理和击穿模型

软击穿是与氧化层质量密切相关的一种新的击穿形式。当氧化层厚度小于5nm时,软击穿效应显著,是超薄栅氧化层的主要失效机理。通过对国外软击穿研究状况的分析,对超薄栅氧化层中软击穿的失效模型和机理进行了综述。     

超薄氧化层制备及其可靠性研究

文章简述了超薄氧化层SiO2,的击穿机理,采用了恒定电流法表征超薄氧化层TDDB效应,并研究了清洗方法,氧化温度,氧化方式等工艺因素对超薄氧化层的可靠性影响.实验表明,在850℃、900℃等高温条件下,可通过干氧N/O分压的方法制备厚度4nm~5nm、均一性小于2.0%超薄氧化层;RCA清洗工艺过程中,APM中的NH3...     

薄SiO2层击穿特性与临界陷阱密度

薄栅氧化层的退化、击穿与氧化层中和界面陷阱的产生相关.本文研究了在恒电流TDDB(Time-Dependent Dielectric Breakdown) 应力条件下8.9nm薄氧化层的电学特性退化、击穿情况.研究表明,电子在穿越SiO₂晶格时与晶格相互作用产生陷阱,当陷阱密度达到某一临界密度N_bd时,氧化层就击穿.N_bd可以用来表征氧化层的质量,与测试电流密度无关.击穿电量Q_bd随测试电流密度增大而减小可用陷阱产生速率的增长解释.临界陷阱密度N_bd随测试MOS电容面积增大而减小,这与统计理论相符.统计分析表明,对于所研究的薄氧化层,可看作由面积为2.56×10^-14cm²的"元胞"构成,当个别"元胞"中陷阱数目达到13个时,电子可通过陷阱直接隧穿,"元胞"内电流突然增大,产生大量焦耳热,形成欧姆通道,氧化层击穿.     

Electrical Properties of Ultra Thin Nitride/Oxynitride Stack Dielectrics pMOS Capacitor with Refractory Metal Gate

Electrical properties of high quality ultra thin nitride/oxynitride（N/O）stack dielectrics pMOS capacitor with refractory metal gate electrode are investigated，and ultra thin (＜2 nm＝ N/O stack gate dielectrics with significant low leakage current and high resistance to boron penetration are fabricated.Experiment results show that the stack gate dielectric of nitride/oxynitride combined with improved sputtered tungsten/titanium nitride (W/TiN) gate electrode is one of the candidates for deep sub-micron metal gate CMOS devices.