恒压应力下超薄Si_3N_4/SiO_2叠层栅介质与SiO_2栅介质寿命比较

以等效氧化层厚度(EOT)同为2.1nm的纯SiO2栅介质和Si3N4/SiO2叠层栅介质为例,给出了恒定电压应力下超薄栅介质寿命预测的一般方法,并在此基础上比较了纯SiO2栅介质和Si3N4/SiO2叠层栅介质在恒压应力下的寿命.结果表明,Si3N4/SiO2叠层栅介质比同样EOT的纯SiO2栅介质有更长的寿命,这说明Si3N4/SiO2叠层栅介质有更高的可靠性.     

超薄Si3N4/SiO2(N/O) stack栅介质及器件

成功制备了EOT(equivalent oxide thickness)为2.1nm的Si3N4/SiO2(N/O) stack栅介质,并对其性质进行了研究.结果表明,同样EOT的Si3N4/SiO2 stack栅介质和纯SiO2栅介质比较,前者在栅隧穿漏电流、抗SILC性能、栅介质寿命等方面都远优于后者.在此基础上,采用Si3N4/SiO2 stack栅介质制备出性能优良的栅长为0.12μm的CMOS器件,器件很好地抑制了短沟道效应.在Vds=Vgs=±1.5V下,nMOSFET和pMOSFET对应的饱和电流Ion分别为584.3μA/μm和-281.3μA/μm,对应Ioff分别是8.3nA/μm和-1.3nA/μm.     

超薄Si3N4/SiO2（N/O）stack栅介质及器件

成功制备了EOT(equivalent oxide thickness)为2.1nm的Si3N4/SiO2(N/O) stack栅介质,并对其性质进行了研究．结果表明，同样EOT的Si3N4/SiO2 stack栅介质和纯SiO2栅介质比较，前者在栅隧穿漏电流、抗SILC性能、栅介质寿命等方面都远优于后者．在此基础上,采用Si3N4/SiO2 stack栅介质制备出性能优良的栅长为0.12μｍ的CMOS器件，器件很好地抑制了短沟道效应．在Vds=Vgs=±1.5V下，nMOSFET和pMOSFET对应的饱和电流Ion分别为584.3μA/μｍ和－281.3μA/μｍ，对应Ioff分别是8.3nA/μｍ和－1.3nA/μｍ．     

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.     

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.     

离子注入氮化薄SiO2栅介质的特性

研究了通过多晶硅栅注入氮离子氮化10nm薄栅SiO2的特性.实验证明氮化后的薄SiO2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20%.栅介质性能改善的可能原因是由于离子注入工艺在栅SiO2中引进的N+离子形成了更稳定的键所致.     

3-6nm超薄SiO2栅介质的特性

采用栅氧化前硅表面在H2SO4/H2O2中形成化学氧化层方法和氮气稀释氧化制备出3.2、4和6nm的SiO2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.     

多晶硅后热退火引起SiO2栅介质可靠性下降的原因分析及其抑制方法

实验研究表明,多晶硅后的高温退火明显引起热SiO2栅介质击穿电荷降低和FN应力下电子陷阱产生速率增加．采用N2O氮化则可完全消除这些退化效应,而且氮化栅介质性能随着退火时间增加反而提高．分析认为,高温退火促使多晶硅内H扩散到SiO2内同Si—O应力键反应形成Si—H是多晶硅后SiO2栅介质可靠性退化的主要原因;氮化抑制退化效应是由于N“缝合”了SiO2体内的Si—O应力键缺陷．     

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.     

离子注入氮化薄SiO2栅介质的特性

研究了通过多晶硅栅洲入氮离子氮化10nm薄栅SiO2的特性,实验证明氮化后的薄SiO2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均有显下降,氮化栅介质的击穿电荷（Qbd)比常规栅介质提高了20％,栅介质性能的可能原因是由于离子注入工艺在栅SiO2中引进的N^ 离子形成了更稳定的键所致。