MIS结构中快速热氮化的SiO_xN_y膜电荷特性

本文报导了采用光I—V法研究MIS结构中新型的快速热氮化的SiO_xN_y膜电荷特性。给出这种介质膜和传统的SiO_2膜的体电荷面密度及其分布重心位置等实验结果。文中还用“改进”的雪崩热电子注入装置研究MIS结构中快速热氮化的SiO_xN_y膜的电荷特性。结果指出:快速热氮化后的再氧化工艺可有效地降低SiO_xN_y膜的体电子陷阱和界面陷阱密度;雪崩注入到一定程度后平带电压漂移出现“回转效应”,随后又前漂,弱呈现“N”形。本文就此提出了物理解释。结果还给出:界面电荷陷阱密度在禁带中分布随雪崩注入剂量(时间)的变化关系。文中还对实验结果进行了分析讨论。     

应用高频C-V仪测量快速热氨化的SiO_xN_y膜电荷特性实验中若干问题的探讨

本文提出了采用高频C-V仪测量快速热氮化的SiO_xN_y膜中固定电荷密度、可动离子密度的实验中不容忽略的两个问题:记录仪信号转换不同步时带来的高频C-V特性曲线记录失真;介质膜经过快速热氮化处理后介电系数的变化在数据处理中引起的计算误差.文中深入分析了这两个问题的原因,指出它的影响,提出了有效的消除办法.     

快速热氮化SiO_xN_y薄膜界面氮化反应模型

提出了快速热氮化二氧化硅膜技术界面氮化模型。由该模型认为，快速热氮化二氧化硅膜中固定电荷及界面态的变化是高温处理及氮化剂向界面扩散并在界面处参与反应两种过程造成的。高温处理带来固定电荷及界面态增大。而氮化剂在界面处的反应存在五种方式，这五种反应对固定电荷及界面态的影响各不相同：有的增大固定电荷，有的减少固定电荷；有的增大界面态，有的减少界面态。高温处理及这五种反应的综合结果，影响了快速热氮化二氧化硅膜中固定电荷及界面态。文中从这一模型出发，提出了关于固定电荷变化的计算公式。     

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。     

雪崩热电子注入对快速热氮化的SiO_xN_y膜陷阱的影响

本文研究了雪崩热电子注入对快速热氮化的SiO_zN_y膜体内电子陷阱和界面陷阱的影响.结果表明:快速热氮化的SiO_xN_y膜存在着不同类型的陷阱,其陷阱密度悬殊很大.雪崩热电子注入过程中在Si/SiO_xN_y界面上产生两类性质不同的快界面态陷阱.同时还给出这两种陷阱在禁带中的能级位置,界面态密度随雪崩注入的变化关系.文中并对实验结果进行讨论与分析.     

快速热氮化SiO_xN_y薄介质膜的电荷特性与光学性质

对于快速热氮化（ＲＴＮ）的ＳｉＯｘＮｙ薄膜（ＲＴＮＦ），本文不仅采用Ｂ－Ｔ处理高频Ｃ－Ｖ测试研究了它的电荷特性，而且还借用椭圆偏振谱技术和俄歇电子能谱分析研究了它的光学性质和微结构组分，同时还讨论了电学特性与光学性质间的相关性．实验结果表明：氮化后再氧化退火是减少ＲＴＮＦ中固定电荷的有效途径，结合Ｂ－Ｔ处理高频Ｃ－Ｖ测试技术仍适用于这种薄膜中碱金属可动离子密度的测量．研究结果还给出：类似于禁带中央界面陷阱密度，该薄膜折射率随氮化时间呈现出“回转效应”变化关系．测试分析结果并初步提出一个直接与膜的微结构组分     

用于VLSI的SiO_xN_y薄膜的界面陷阱

采用雪崩热电子注入技术研究了用于VLSI的快速热氮化的SiO_xN_y薄膜界面陷阱。给出这种薄介质膜禁带中央界面陷阱密度随氮化时间的变化关系,观察到这种薄膜存在着不同类型的密度悬殊很大的电子陷阱。指出雪崩热电子注入过程中在Si/SiO_xN_y界面上产生两类性质不同的快界面态陷阱,并给出这两种陷阱在禁带中能级位置及密度大小关系;同时还给出禁带中央界面陷阱密度随雪崩注入剂量呈现弱“N”形变化关系,并对实验结果进行了讨论。     

热氮化二氧化硅膜的研究

用氨气对热生长的二氧化硅膜进行了氮化处理,测试了膜的电学特性,并研究了工艺对它们的影响。实验发现,热氮化二氧化硅膜兼有二氧化硅与氮化硅膜的优点,而且界面电荷在较大范围内具有可控的特点。用AES表面分析技术研究了热氮化二氧化硅膜的结构。还探讨了二氧化硅膜热氮化的机理。     

热氮化SiO_2膜性能的试验研究

本文报导对热氮化SiO_2膜的研究结果.热氮化SiO_2膜的腐蚀特性、抗氧化特性的研究表明膜的化学结构与SiO_2不同.采用AES表面分析技术观察了膜中化学成份,从而证实了膜中的氮含量取决于氮化前的SiO_2膜厚和氮化时的条件,热氮化SiO_2膜的电学特性、抗辐射性能明显优于SiO_2膜.     

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.     

PECVD形成纳米级薄膜界面陷阱特性的雪崩热电子注入研究

采用雪崩热电子注入技术研究了纳米级SiOxNy薄膜界面陷阱特性.证实了PECVD SiOxNy薄膜中界面陷阱来源于悬挂键的物理模型.观察到该纳米膜内存在着受主型电子陷阱,随着注入的增长,界面上产生的这种陷阱将起主导作用.发现到界面陷阱密度随雪崩热电子注入剂量增加而增大,禁带上半部增大得较下半部显著.指出了雪崩注入过程中在SiOxNy界面上产生两种性质不同的电子陷阱,并给出它们在禁带中的位置与密度大小关系.揭示出PECVD法形成的SiOxNy纳米膜与快速热氮化制备的这种薄膜中、氮氧含量不同、界面陷阱特性变化关系不一样,并从形成薄膜氮化机制上予以合理的物理解析.给出了PECVD形成纳米级薄膜的优化工艺条件.     

Improved radiation hardness of MOS devices with ultrathin nitrided oxide gate dielectrics prepared by rapid thermal processing

The radiation hardness of MOS devices with ultrathin nitrided oxides ( approximately 100 AA) prepared by rapid thermal nitridation (RTD) of thin oxides has been studied. The radiation was performed by exposing devices under X-rays of 50 keV to a dose of 0.5 Mrad(Si). Compared with conventional thermal oxides, the RTN oxide devices exhibit a much smaller increase in both the fixed charge N/sub f/ and the interface state D/sub it/ densities. In addition, it is found that higher RTN temperature and/or longer durations produce smaller Delta N/sub f/ and Delta D/sub it/.<>     

PECVD法低温形成新型SiO_xN_y薄膜的界面特性研究

研究了等离子体增强化学气相淀积（PECVD）方法低温形成新型SIOxNy薄膜的界面特性。研究侧重于PECVDSiOxNy薄膜良好界面特性的控制，探索出界面特性与微观组份、衬底工作温度、反应室气压、退火致密、金属化后退火的相互关系。同时给出了获取界面等特性优良的PECVDSiOxNy薄膜的最优化工艺条件，并对实验结果进行了理论分析与讨论。     

Comparison of neutral electron trap generation by hot-carrierstress in n-MOSFET's with oxide and oxynitride gate dielectrics

A comparative study of neutral electron-trap generation due to hot-carrier stress in n-MOSFETs with pure oxide, NH₃-nitrided oxide (RTN), and reoxidized nitrided oxide (RTN/RTO) as gate dielectrics is reported. Results show that neutral electron trap generation is considerably suppressed by nitridation and reoxidation. The nature of neutral traps is described based on the kinetics of trap filling by electron injection into the gate dielectrics immediately after channel hot-electron stress (CHES). Improved endurance of the RTN and RTN/RTO oxides is explained using physical models related to interfacial strain relaxation     

Hot carrier effects on analog performance of N- and P-MOSFET's withoxynitride gate dielectrics

In this paper we report the impact of hot-carrier stress on analog performance of n- and p-MOSFET's with conventional oxide, NH₃-nitrided oxide (RTN) and reoxidized nitrided oxide (RTN/RTO) as gate dielectrics. Changes due to hot-carrier stress in crucial analog parameters viz., drain output resistance, voltage gain, and input offset voltage of a source coupled differential MOSFET pair are investigated. Results show that RTN/RTO gate dielectrics suppress degradation of analog parameters in n-MOSFET's but increase it slightly in p-MOSFET's, as compared to conventional oxide MOSFET's     

Effects of AC hot carrier stress on n- and p-MOSFET's withoxynitride gate dielectrics

Effects of AC hot carrier stress on n- and p-MOSFET's with pure, NH₃-nitrided (RTN) and reoxidized nitrided (RTN/RTO) gate oxides are studied. Irrespective of the gate dielectric used, n-MOSFET's show enhanced degradation but p-MOSFET's show suppressed degradation under AC stress as compared to DC stress for the same duration. Dependence of degradation on frequency and duty cycle of gate pulse is studied. Results show that the degradation under AC stress in n-MOSFET's is suppressed whereas it is increased slightly in p-MOSFET's with the use of RTN/RTO gate oxides instead of conventional gate oxides     

Study of interface state generation in thin oxynitride gate dielectrics under hot-electron stressing

The hot-electron-induced interface state generation in thin ( approximately 8.6 nm) oxynitride films prepared by rapid thermal reoxidation (RTO) of rapidly thermal nitrided (RTN) SiO/sub 2/ have been studied. Both MOS capacitors and MOSFETs were used as testing devices. For MOSFETs charge-pumping current I/sub cp/ measurement was performed to monitor the increase Delta D/sub it/ of interface state density. It is found that the optimised RTN and RTO processes could produce devices with a significantly improved resistance against the hot electron-induced interface state generation.<>