文档介绍：西安电子科技大学硕士学位论文新型HfO<,2>高k栅介质MIS电容的电学特性研究姓名:蔡乃琼申请学位级别:硕士专业:微电子学与固体电子学指导教师:刘红侠20080101摘要工艺节点下传统的作为栅氧化层介质会导致电子的直接隧穿效应以及栅介质层所承受的电场变大,由此引起栅介质的泄漏电流增大和可靠性下降等问题,严重阻碍了骷慕徊椒⒄埂?朔庑┪侍獾挠行Х椒ㄖ皇遣用高介电常数的栅介质取代传统的。本文详细探讨了新型栅介质缛莸牡缪匦裕辛死砺鄯抡婧褪笛檠芯俊论文首先通过求解半导体内的泊松方程,精确分析了缛莸木驳缣匦园括随位置变化的电荷密度、电场与电势的表达式以及电容与电压的表达式,计算出理想情况下低频甐特性曲线和高频甐特性曲线;采用法对比理想高频猇曲线和实验甐曲线,提取了缛莸牡绮问ㄆ酱缪蛊屏俊氧化层陷阱电荷密度、界面态密度和等效氧化层厚度等。对比不同工艺条件下的样品所提取的电参数发现,结合预处理和高温退火可以显著降低界面态和氧化层陷阱电荷,从而极大的降低栅极漏电流。此外,针对双频甐法测量超薄栅介质缛葜惺导噬璞敢氲募生因素,提出改进的四元件小信号等效电路模型。该模型修正了双频甐法,与传统的双元件并联等效电路相比,增加了串联寄生电阻和串联寄生电感两个参数。实验和计算结果表明,结合双频测量结果计算出的修正甐曲线可消除高频时的频率色散现象,使其更加接近理想甐曲线,只需加入简便的数学计算即可广泛应用于常规双频甐法提高测量精度。关键词:甐特性界面陷阱电荷四元件电路模型可靠性摘要甌瑃畂...,琣甌—瑂,甐..本人签名:鍪堡墨日期婴呈:芝本学位论文属于保密,在一年解密后适用本授权书。西安电子科技大学学位论文独创性虼葱滦声明关于论文使用授权的说明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德,本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切的法律责任。本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。C艿穆畚脑诮饷芎笞袷卮斯娑本人签名:导师签名:;第一章绪论纳米尺度器件面临的挑战随着大规模集成电路技术的迅猛发展,半导体器件的特征尺寸按照摩尔定律不断减小。世纪年代,骞艿墓档莱ざ栅长邮肝⒚字步缩小到几微米;年代,又从几微米缩小到⒚鬃笥遥坏甏虼友俏米进入深亚微米范围。世纪初发展到小于奶卣鞒叽缰料衷谔卣鞒叽缥。在进入工艺节点下,工业生产要求栅氧化层的等效厚度诒3终さ容值不变的条件下,以相对介电常数为的作为标准得到的栅介质层厚度小于缛圆捎么车腟魑Uぱ趸憬橹剩缱拥闹苯铀泶┬в驼そ质层所承受的电场将变得很大,由此引起栅介质的漏电流增大和可靠性下降等严重问题,严重阻碍了骷慕徊椒⒄梗庖馕蹲糯车亩趸杞橹室丫达到了使用的物理极限】【俊8菝拦墓野氲继骞ひ敌嶂贫ǔ龅墓野氲继技术路线图年后二氧化硅栅介质层的厚度将下降至以下。这样薄的氧化层大约相当于几个硅原子的厚度柙拥闹本妒.,如果要求氧化层厚度的误差控制在%以内,工艺控制精度必须在原子线度之内。即使不考虑工艺技术的限制,.也还有很多问题将限制氧化层的减薄【,主要是:超薄氧化层的击穿;超薄氧化层的隧穿电流对器件和电路性能的影响;多晶硅栅的耗尽和反型层电容引起的器件性能退化等问题。.≌ぱ趸愕目煽啃当氧化层的电场强度超过一定界限时,将会引起氧化层的击穿。在强电场下引起的碰撞电离产生大量高能量电子,这些电子可以越过禁带氲带。大量电子进入导带破坏了二氧化硅的绝缘性,这就是绝缘介质的本征击穿。二氧化硅击穿的临界电场强度约但是对于超薄的氧化层,在达到本征击穿电场强度前,会由于隧穿效应使一些电子越过二氧化硅势垒,形成穿越氧化层的隧穿电流,特别是氧化层中存在的缺陷增加了电荷穿越氧化层的途径。同时电荷穿越氧化层也会造成氧化层的损伤,陷阱对电荷的俘获引起氧化层磨损已经成为影响骷煽啃缘囊桓鲋饕N/。其中,羌釉谘趸闵系牡缪梗琱是有效氧化层厚度,它不仅反映了物理上电荷俘获率提高或使—势垒高度下降的作用。公式中停ナ欠从砽效应限制了氧化层厚度的减小。对于工作电压艨悸堑降缪沟钠鸱畲蟮图所示出的是要求年寿命情况下允许的氧化层最小等效厚度与工作电压的右,实际允许的氧化层电场强度