應變MOS的HfO2柵界面特性和輻照效應研究.pdf

1、應變和高k柵技術都是延續(xù)摩爾定理的重要手段，將兩種技術相結合，不僅可以有效地提高集成電路的工作速度，還可以降低柵電流引起的靜態(tài)功耗等問題，是提升集成電路性能的有效途徑。同時，隨著應變器件與電路應用范圍的擴展，其輻照特性也越來越受到關注，成為了新的研究熱點。
　　本文基于實驗測量和理論建模仿真，主要對應變MOS的高k柵界面特性和總劑量輻照效應展開研究。分析了影響HfO2高k柵介質(zhì)應變MOS的柵界面特性和柵電流的因素，采用ALD工藝制

2、備了HfO2應變MOS樣品，對制備出的樣品分別進行退火試驗和電應力試驗，并基于MOS高頻C-V特性和柵電流Ig~Vg特性的實驗測量，重點研究具有HfO2高k柵介質(zhì)的應變MOS的柵界面特性和柵電流特性。研究結果表明，高溫退火雖使HfO2高k的介電常數(shù)略有減小，但卻能顯著降低柵氧化層陷阱電荷和界面電荷的數(shù)量、降低了柵電流，改善了柵界面特性，提升了器件可靠性；電應力實驗表明負壓應力對柵電流幾乎沒有什么影響，正壓應力能使柵漏電流大幅減小，這主要

3、是由于依賴于氧化層陷阱的電子 F-P發(fā)射勢壘高度增高，從而引起隧穿抑制，導致柵電流大大減小。因此，高溫退火后的HfO2應變MOS表現(xiàn)出良好的柵界面特性，柵電流很小，器件性能大幅提升?；谳椪諏僑i PMOS的作用機制和物理過程，建立了一個可描述其總劑量輻照效應的物理模型，在此基礎上建立了γ總劑量輻照條件下應變Si PMOS閾值電壓退化解析模型，并進行了模型仿真。仿真結果表明，隨著輻照總劑量增加，應變Si PMOS的閾值電壓不斷漂移，