MOS器件高k介質(zhì)缺陷電荷俘獲與噪聲相關(guān)性研究.pdf

1、隨著MOS器件尺度不斷減小，柵極漏電流成為微電子技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的主要制約因素之一。采用介電常數(shù)較大的高k介質(zhì)來替代SiO2介質(zhì)，可在與SiO2有相同等效氧化層厚度(EOT)的情況下，增加介質(zhì)的實際物理厚度。高k介質(zhì)雖然可以在一定程度上解決泄漏電流與靜態(tài)功耗增大的問題，但其高密度缺陷會影響器件性能。例如缺陷的電荷俘獲和散射導(dǎo)致噪聲增大和遷移率下降。
　　 MOS器件柵介質(zhì)缺陷的電荷俘獲與噪聲存在相關(guān)性，噪聲研究一方面有助于掌握噪聲

2、產(chǎn)生機(jī)理，以便于降低噪聲；另一方面噪聲可用作缺陷診斷和檢測的工具。因此，近年針對高k介質(zhì)缺陷和噪聲做了大量研究工作。但是，這些工作無論是方法還是模型基本上都是傳統(tǒng)SiO2器件成果的直接移植。實際上，高k介質(zhì)與SiO2介質(zhì)MOS器件在柵介質(zhì)結(jié)構(gòu)和缺陷特性上均存在明顯差異，其中缺陷電荷俘獲動力學(xué)和噪聲產(chǎn)生機(jī)理也不會完全相同。本文從不同隧穿機(jī)制特點和產(chǎn)生條件出發(fā)，結(jié)合高k介質(zhì)缺陷能量和空間分布特性以及柵棧特殊結(jié)構(gòu)，論證了高k介質(zhì)MOS器件中除

3、了存在傳統(tǒng)SiO2介質(zhì)器件中也有的直接隧穿噪聲產(chǎn)生機(jī)制之外，還有共振隧穿機(jī)制。在論證中應(yīng)用非平衡格林函數(shù)法針對高k介質(zhì)缺陷建立的雙勢壘結(jié)構(gòu)模型計算隧穿系數(shù)，并與噪聲功率譜密度實驗數(shù)據(jù)對比分析，證明高k介質(zhì)MOS器件中存在共振隧穿噪聲分量。它們對噪聲的貢獻(xiàn)在特定情況下會超過直接隧穿，因此在高k介質(zhì)MOS器件噪聲分析中必須考慮不同隧穿機(jī)制產(chǎn)生的噪聲分量。
　　 鑒于高k介質(zhì)MOS器件中多種噪聲分量并存并且隧穿機(jī)制是噪聲與介質(zhì)缺陷電荷