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.     

SOS晶体管中γ射线辐照损伤退火的温度关系

本文研究了n沟SOS晶体管中γ射线辐照损伤无偏置退火的温度关系。研究发现,当辐照产生的氧化层俘获电荷多于界面态电荷时,等温退火会导致界面态电荷增加。界面态电荷是氧化层俘获电荷转变成界面态电荷造成的。阈值电压退火的速率限制阶段便是这一转变阶段。在辐照明显引起界面态电荷时,辐照引起的界面态电荷在高温下退火会立即消除,但也发现了氧化层俘获电荷向界面态电荷转变这一现象。因此,高温下界面态退火的特性就变得复杂起来。辐照之后阈值电压的不稳定性归固于界面态的增减。     

一种用于分离pMOS器件热载流子应力下氧化层陷阱电荷和界面陷阱电荷对阈值电压退化作用的方法

在电荷泵技术的基础上,提出了一种新的方法用于分离和确定氧化层陷阱电荷和界面陷阱电荷对p MOS器件热载流子应力下的阈值电压退化的作用,并且这种方法得到了实验的验证.结果表明对于p MOS器件退化存在三种机制:电子陷阱俘获、空穴陷阱俘获和界面陷阱产生.需要注意的是界面陷阱产生仍然是p MOS器件热载流子退化的主要机制,不过氧化层陷阱电荷的作用也不可忽视.     

金属-二氧化硅-半导体(MOS)结构的电子辐照效应

金属.二氧化硅-半导体(MOS)结构对于SiO2-Si界面非常敏感,能够方便地反映出氧化层电荷、界面态密度等参数.为了研究MOS结构的电子辐照效应,采取了能量为0.8 MeV,辐照剂量范围为2×1013～1×1014cm-2屯的电子束作为辐照源.实验发现,MOS结构经电子辐照后,在SiO2-Si界面处引入界面态,并且在二氧化硅内部积累正电荷.通过对MOS结构在电子辐照前后高、低频C-V曲线的测试,测试出辐照在氧化层引入的界面态密度达到了1014cm-2eV-1,而积累的正电荷面密度达到了10-2cm-2.同时得到了界面态密度和积累电荷密度与辐照剂量的关系.     

铝栅和多晶硅栅MOS电容器由辐照引起的空穴俘获与界面态特性

采用受热激发电流和高频C—V测量技术,研究了MOS电容器中辐照引起的空穴俘获和界面态与器件加工的相互关系。我们发现、多晶硅栅的制备使研究的所有栅氧化物都酷似用氢氧火成法生长的那样。研究了氧化后退火(POA)在形成空穴和产生界面态的过程中所起的作用。从测量结果可以看出,POA使可变成空穴陷阱的二氧化硅的键“变弱”,并且在有OH时导致某种空穴陷阱的湮灭,同时又产生一些新种类的空穴陷阱和界面态。讨论了可能的模型和界面态分布。我们还发现,用中带电压漂移来测量这些MOS器件中的空穴俘获并不都是有效的。     

利用电导技术研究快速热氮化二氧化硅与硅界面的性质

本文介绍了尼科里安-科兹伯格(Nicollian-Goetzberger)电导技术及其基本原理,建立了采用双相锁相放大器的测试系统,利用它测量了常规热氮化和快速热氮化SiO_2薄膜与Si衬底的界面性质,包括界面态密度,空穴俘获截面,表面势起伏,以及界面态时间常数等,并对它们进行了分析和讨论。研究结果表明:氮化会增加界面态的密度和平均时间常数,会增强表面势起伏,但只是轻微地改变空穴俘获截面.特别地,氮化还导致界面态密度在禁带中央以下0.2-0.25eV处出现峰值以及削弱了空穴俘获截面对能带能量的依赖关系.利用一个阵列模型,可以较好地模拟表面势起伏的标准偏差并可由此推断表面势起伏是由长波形式的界面态电荷非均匀性所引起.这个结果和氮化会导致高密度氧化层电荷的事实相一致.而以上所有界面态的性质,都与氮化的时间和温度有关.     

快速热氮化的SiO_xN_Y膜界面特性的DLTS研究

用深能级瞬态谱技术研究了快速热氮化SiO_xN_y膜界面态密度及界面态俘获截面特性,分析了Si/SiO_xN_y界面的DLTS理论,结果表明,快速热氮化SiO_xN_y膜的界面态密度随禁带中能量呈现“U”形分布,该种薄膜界面态俘获截面在禁带中的能量分布近似呈现指数规律,且禁带中央附近的界面态俘获截面比价带顶附近的俘获截面大得多,影响微电子器件电学特性的界面态主要仍是禁带中央附近的界面能态。结果还给出了DLTS技术与雪崩热电子注入法测试SiO_xN_y膜界面态密度能量分布的比较,得到两种不同方法的研究结果基本一致。文中并对实验结果进行了分析与讨论。     

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。     

用热激电流法测定硅-二氧化硅的界面态

用热激电流法测量了MOS及MNOS界面态.所测得的界面态密度分布与用准静态法测得的结果有不同之处在于:界面态密度在近带边时是减小的.这是由于界面态俘获截面在带边处急剧下降的关系,热激电流法测不到这部分界面态.在P型衬底MOS中在价带上 0.3 eV处有一分立能级,禁带中央处密度很小.部分n型样品在多次测量后产生一个新的能级,位置在导带下0.4eV处.有些n型样品在高反偏压下出现新的分立能级;有一批样品,其分立能级的激活能随偏压变化.这些能级可能与氧化层缺陷有关.     

注氟加固PMOSFET的电离辐射响应与时间退火效应

研究了注F加固PMOSFET的总剂量辐照响应特性和辐照后由氧化物电荷、界面态变化引起的阈电压漂移与时间、温度、偏置等退火条件的关系，发现一定退火条件下注F加固PMOSFET由于界面态密度、特别是氧化物电荷密度继续增加，使得电路在电高辐照后继续损伤，探讨了加速MOS器件电离辐照感生界面态生长的方法。     

MOS电容的热载流子损伤及其与电离辐射损伤的关系

通过对国产加固 N型 MOS电容进行衬底热电子高场注入 ( SHE)及 γ总剂量辐照实验 ,特别是进行总剂量辐射损伤后的热载流子损伤叠加实验 ,从微观氧化物电荷、界面态的感生变化及其界面态的能量分布变化等角度研究比较了 MOS结构热载流子损伤特性及与电离辐射损伤的关系。     

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.     

77K NMOSFET沟道热载流子注入效应

通过综合测试７７Ｋ和２９５Ｋ下先电子后空穴以及先空穴后电子注入时阈值电压和平带电压漂移以及Ｉ－Ｖ特性的蜕变，研究了ＮＭＯＳＦＥＴ中电荷俘获、界面态产生以及器件蜕变的低温特性和机制．提出的界面蜕变模型成功地解释了低温下ＮＭＯＳＦＥＴ热载流子增强蜕变的微观机制．     

一种用于分离pMOS器件热载流子应力下氧化层陷阱电荷和界面陷阱电荷对阈值电压退化作用的方法

在电荷泵技术的基础上,提出了一种新的方法用于分离和确定氧化层陷阱电荷和界面陷阱电荷对pMOS器件热载流子应力下的阈值电压退化的作用,并且这种方法得到了实验的验证.结果表明对于pMOS器件退化存在三种机制:电子陷阱俘获、空穴陷阱俘获和界面陷阱产生.需要注意的是界面陷阱产生仍然是pMOS器件热载流子退化的主要机制,不过氧化层陷阱电荷的作用也不可忽视.     

γ辐照对1024×1152可见光CCD的影响研究

通过对不同剂量γ辐照前后CCD的暗电流、转移效率、饱和输出电压等参数变化的分析,发现辐照后器件暗电流的增加主要是辐照后栅氧化层中产生的感生界面态电荷和场氧化层中产生大量的复合中心引起;转移效率下降主要是辐照后栅氧化层中产生的界面态俘获转移电荷所致;器件辐照后暗电流的增加将降低器件的有效信号输出幅度.     

热载流子应力下超薄栅pMOS器件氧化层陷阱电荷的表征

利用电荷泵技术研究了4nm pMOSFET的热载流子应力下氧化层陷阱电荷的产生行为.首先,对于不同沟道长度下的热载流子退化,通过直接的实验证据,发现空穴陷阱俘获特性与应力时间呈对数关系.然后对不同应力电压、不同沟道长度下氧化层陷阱电荷(包括空穴和电子陷阱俘获)的产生做了进一步的分析.发现对于pMOSFET的热载流子退化,氧化层陷阱电荷产生分两步过程:在较短的应力初期,电子陷阱俘获是主要机制;而随着应力时间增加,空穴陷阱俘获作用逐渐显著,最后主导了氧化层陷阱电荷的产生.     

热载流子应力下超薄栅p MOS器件氧化层陷阱电荷的表征

利用电荷泵技术研究了 4nmpMOSFET的热载流子应力下氧化层陷阱电荷的产生行为 .首先 ,对于不同沟道长度下的热载流子退化 ,通过直接的实验证据 ,发现空穴陷阱俘获特性与应力时间呈对数关系 .然后对不同应力电压、不同沟道长度下氧化层陷阱电荷 (包括空穴和电子陷阱俘获 )的产生做了进一步的分析 .发现对于 pMOSFET的热载流子退化 ,氧化层陷阱电荷产生分两步过程 :在较短的应力初期 ,电子陷阱俘获是主要机制 ;而随着应力时间增加 ,空穴陷阱俘获作用逐渐显著 ,最后主导了氧化层陷阱电荷的产生.     

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50nm及15nm 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1×103Gy(Si)剂量下近乎相同,而在大于3×103Gy(Si)剂量下,50nm MOS电容的电荷密度约为15nm 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-SiO2界面附近分布的距离均约为4nm.     

纯氢烘焙机理及工艺探讨

一、引言 半导体器件的性能与表面状态密切相关。在平面器件的硅-二氧化硅系统中存在多种表面态,其中之一便是界面能态(至于可动电荷等附加能态的影响及其减小,消除办法这里从略),它是由于界面处硅晶格结构不完整,使界面态有许多电子能级,这些表面能级能量间隔很小,可近似看成是以连续的能带形式分布在半导体的禁带中的能级,它们能从硅导带和价带俘获电子和空穴,因此是一种产生—复合中心。也可以认为,表面能态(包括氧化层陷阱能态)很可能是因为Si-SiO_2之间失配以及氧化层缺陷所致,当硅没有完全氧化以及氧化层内有金属杂质使硅留有空的价键,造成施主和受主能态,换言之,硅表面品格周期性排列     

总剂量辐照SiO2/6H-SiC引起的界面势垒变化

辐照会引起MOS器件电介质氧化物与半导体界面势垒变化,影响其工作性能和可靠性。测量了n型6H-SiC MOS电容辐照105rad(Si)剂量前后的I-V曲线,通过Fowler-Nordheim(F-N)隧道电流拟合,得到了界面势垒的大小,辐照前的为2.596 eV,辐照后降为1.492eV。界面势垒变化主要是由辐照产生的界面态引起的。