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第��卷第�期�物理学报�����.��. ��. ��
����年�月������������������������Ⅱ.. �������
����快速热氮化����膜的击穿特性�
刘�志�宏�
善港大学电机与电子工程秉�
陈蒲生�刘百勇�
华南理工大学物理系,广州,�������
郏�耀�宗�
香港城市理工学院电子工程系�
����年�月��日收到�
对具有器件质量的����厚���,膜经传统的长时间热氮化和高温快速热氯化后,研究�
了其击穿特性及其在高场强下的耐久力. 研究结果表明,氯化后击穿场强的分布变窄, 对栅�
电极面积的依赖性减弱,最大击穿场强略微下降. 热氮化对高电场下����/��界面稳定性和�
决定于时间的介质击穿均有改善. 这种改善既取决于所加栅电压的极性,又强烈依赖于氯化�
工艺条件. 根据电流传输机构,本文提出一种考虑了电荷积累、陷阱密度及其重心位置的击�
穿模型.�
一
、�引�言�
近几年来,在高温下对传统的热生长����膜在氨气中进行氮化的研究很受重视。已�
有大量报道认为,热氮化可以使传统的����膜性能得到显著的改善�”�. 然而,对于热�
氮化膜的特性仍有不少相矛盾的结论. 其中最为突出的是介质击穿特性和高场下介质膜�
的耐久力,包括决定于时间的介质击穿������和界面态密度在高场下的增加. ����
和�������曾观察至Ⅱ经长时间热氮化�������:��, ��—�������或高温快速热氮化�
���������,��—�����后击穿场强提高, 而����则报道了由氮化导致的击穿性能下降.�
另一方面,不少作者发现,氮化通常会导致����特性下降,而经过对氮化膜再次氧化,�
����性能则可以改善�. 但亦有人观察型即使不经再氧化, ����性能也可以通过�
氮化改进【�”。。�. 一般认为,热氮化膜/硅界面对抗热电子轰击的能力有所提高,但亦有人�
报道氮化会使界面性能劣化“�.�由此可见,对这些性质进行系统深入研究十分必�
要.�
在本工作中,我们对两种典型的热氮化膜的击穿场强、决定于时间的介质击穿和高场�
下界面稳定性进行了测试分析,并与传统的����膜进行了比较和评估. 由于所采用的�
热氮化膜是与金属一绝缘栅一半导体场效应晶体管��������同时制作在一块硅片上,�
.因而它经受了������全制作工艺的处理,且具有�器件质量�. 研究结果表明, 热氮化�
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�期�剜志宏等:�����快速热彝�犯���瞑的击穿特性�
极大地改变了击穿性能,其中包括低场击穿的消除和狭窄的击穿场强分布. 此外,击穿场�
强对栅电极面积的依赖性亦显著下降. 通过采用恒定电梳注人技术,测出����和界面�
不稳定性均强烈依赖于电流注入极性. 对此,我们提出一个陷阱中心模型予以解释.�
二、实�验�
金属一绝缘体一半导体�����电容和�沟道������采用传统的四掩膜硅栅自�
对准���工艺制作在�一�������型�����晶向硅单晶片上.�初始的栅氮化层采用千�
氧氧化技术生长至�����厚,然后在常压下用高纯氨气�电子纯,���,�:均����