铝镓合金制氢气 [氢气在金属合金制程中对MOSFET界面态发展策略]

时间:2020-01-13 07:18:34 来源:易达学习网 本文已影响 易达学习网

氢气在金属合金制程中对MOSFET界面态发展策略

氢气在金属合金制程中对MOSFET界面态发展策略 0 引言 当今世界,微电子技术飞速发展,随着集成电路集成度 的不断增加,金属-氧化物半导体器件尺寸不断等比缩小, 器件的栅氧化层也变得越来越薄,为了确保金属-氧化物半 导体器件的良好特性,对栅氧化层质量的要求也会更高。

随 之而来的制造工艺也日渐复杂,在众多的工艺制程中不可避 免的会产生界面态(界面陷阱)电荷。制造工艺中界面态的 主要来源是氧化层生长工艺,离子注入,等离子体沉积等工 艺。

对界面态的研究主要通过研究其电学性能来进行, 利 用界面陷阱电荷能与硅体内交换电量的性质测量 界面陷阱电荷,是各种界面态测量方法的基础。改变MOS 电容两端电压的大小和极性,以及硅的表面势,界面态便随 着表面势的变化而充、放电、监测充、放电荷或电流,或者 监测由于界面态充、放电引起的电导或电容的变化,可测量 界面陷阱电荷和界面态密度随能量的分布,测量界面态电荷 和界面态密度随能量的分布。最早用于检测界面状况的方法 为传统C-V技术[2], C-V曲线的解释相当复杂,需要建立模 型然后利用计算机进行模拟,将模拟结果与测量结果相对照, 估算界面态电荷。而电荷泵法[3]是目前公认的使用最为广 泛的测试表面态电学特性的方法。在栅极上施加频率为F的 周期性三角波信号V,当器件进入反型时,其反型层内少数载流子由源和漏提供,部分少数载流子可能会被界面态陷住。

转换栅压使器件处于积累状态时,反型层中载流子将流向源 漏而快速消失。界面态上陷住的少数载流子将与来自衬底的 多数载流子复合,这种多数载流子的流动就构成了电荷泵电 流(Icp)。

氢钝化技术是利用原子氢来终结表面悬挂键的一种技 术。氢钝化处理不仅可以饱和半导体表面的悬挂键[4-5], 还可以使半导体获得干净、平整、抗氧化能力强的表面[6-8]。

本文利用电荷泵(Charge Pumping, CP)法深入研究了在 合金化制程中通入氢气对界面态的影响。首先研究通入氢气 的时间对界面态的影响,然后又对通入氢气的流量进行实验, 得到最佳的工艺组合条件,为制程的提升改善提供借鉴。

1 实验 2 实验结果与讨论 2.1 氢气流量对电荷泵电流(Icp)的影响 图1给出了10/0.35μm NMOS经过不同氢气流量的合金化 制程后,电荷泵电流的变化情况,合金化温度为400°C, 时 间为10分钟。

图1 10/0.35μm NMOS管在不同氢气流量下Icp的变化 从图1 中可以看出,氢气对于器件界面态又明显的改善 作用。随着氢气流量的增大,电荷泵电流会减小,氢气流量 越大,电荷泵电流就越小,当氢气流量达到12slm时,电荷 泵电流Icp的中值降到2.24X10-10Amp,仅为混合气体制程时的40%。由此可见,大流量纯氢气可使界面陷阱部分消失, 可能的原因是H可以修复由于离子注入,等离子制程等工艺 造成的Si/SiO2 界面部分的Si-悬挂键,使其重新键合为Si-H 价键,改善界面态。

2.2 图2给出了10/0.35μm NMOS在3slm纯氢气氛围下, 经过不同时间的合金化制程后,电荷泵电流的变化情况,合 金化温度为400°C。

从图2 中可以看出,随着合金化制程时间的加长,电荷 泵电流会逐渐减小,时间越长,电荷泵电流就越小,但是其 作用小于氢气流量对于界面陷阱电荷的修复作用,而且随着 时间的加长,样本之间的差异增大,收敛性变差。

图2 10/0.35μm NMOS管在不同时间 相同氢气流量下 Icp的变化 图3 10/0.8μm NMOS管在不同时间相同氢气流量下Icp 的变化 从图3 中可以看出,随着合金化制程时间的加长,电荷 泵电流会逐渐减小,时间越长,电荷泵电流就越小,相较于 10/0.35μm NMOS,合金化制程的时间对10/0.8μm NMOS的 作用较为显著,当时间增加到30mins,电荷泵电流Icp的中 值可以下降到1.79X10-10Amp。

3 结论 本文给出了在金属合金化过程中通入不同氢气流量和 延长制程时间,MOSFET器件电荷泵电流的测量结果。实验发现合金化过程中纯氢气氛围对于器件界面态有明显的改善 作用,在纯氢气前提下延长制程时间对界面态也有一定的改 善作用,对于长沟道器件的改善作用要优于短沟道器件。

【参考文献】 [1]叶良修.半导体物理学[M].北京:高等教育出版社, 1985. [2]Nakajima Y,Sasaki K,Hanajiri T,et a1[J].Physica E,2004(24):92. [3]Groeseneken G,Maes H E,Beltran N,et a1.IEEE TransElectron Device[J],1984,31:42. [4]Senzaki J,Kojima K,Harada S et.a1.Excellent effects of hydrogen postoxidation annealing on inversion channel Mobility of 4H—SiC MOSFET fabrication(1 l-o)face[J].IEEE Electron Device Letter, 2002,23(1):13-15. [5]Watannae S,Shigenmo M,Nakayama N et a1.Silicon monhydride termination of silicon:111.surface formed by boiling water[J].Japanese Journal of Applied Physics,1991,30(12B):3575-3579. [6]Hallin C,Yakimova R.Interface chemistry and electrical properties of annealed Ni and Ni/A1-6H SiC structures[J].Inst Phys Conf,1996,142:601-604. [7]Owman F,Hallin C,Martensson P,Janzen E.Removalof polishing—induced damage from 6H-SiC(0001) substrates by hydrogen etching.J Cryst Growth,1996, 167:391-395.

网站地图 | 关于我们 | 联系我们 | 广告服务 | 免责声明 | 在线留言 | 友情链接 | RSS 订阅 | 热门搜索
版权所有 易达学习网 www.