【摘要】：為進(jìn)一步改善器件的性能,需要采用高κ介質(zhì)材料替代SiO2作為柵介質(zhì),它可減小柵介質(zhì)層的直接隧穿效應(yīng),從而減小柵介質(zhì)層的漏電流,提高器件的可靠性。目前高1κ材料已在先進(jìn)器件的制造工藝中得到了廣泛應(yīng)用。隨著這些先進(jìn)器件應(yīng)用于空間環(huán)境,其高κ介質(zhì)層容易受到輻射環(huán)境的影響,使器件的性能發(fā)生退化。因此為了使先進(jìn)的納米器件能夠應(yīng)用于輻射環(huán)境,對其內(nèi)部高κ材料的抗輻射效應(yīng)及其機(jī)理的研究成為了人們比較關(guān)注的方向。首先,利用γ射線對Al2O3柵介質(zhì)層的金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)電容器進(jìn)行電離總劑量實驗。研究發(fā)現(xiàn),Al2O3柵介質(zhì)層中含有大量的空穴俘獲中心,俘獲了輻照產(chǎn)生的空穴,引起MOS電容-電壓(C-V)曲線的左漂。在γ射線照射后再使用30 MeV Si重離子進(jìn)行協(xié)同輻照。結(jié)果表明,Si離子引起的新缺陷是電子俘獲中心或負(fù)的固定電荷,而引起C-V曲線的右漂。通過電流密度-電壓(J-V)測試實驗和模擬數(shù)據(jù)證實,Al2O3層中漏電流的傳輸機(jī)制主要由Frenkel-Poole機(jī)制決定。其中,漏電流的變化主要是由于局部內(nèi)置電場輔助電流泄漏和導(dǎo)電路徑輔助電流泄漏,并且與輻照條件和Al2O3厚度有關(guān)。最后,解釋了MOS電容器的柵氧化層電容的減小歸因于MOS電容器中串聯(lián)電阻和漏電流的增加。論文還對器件輻照后的物理機(jī)理進(jìn)行了理論分析。選用α-Al2O3晶型作為初始結(jié)構(gòu),通過第一性原理計算分析發(fā)現(xiàn),重離子輻照氧化鋁介電層可能引入了電子俘獲中心或負(fù)的固定電荷。輻照引起了2VO、20i這兩種缺陷,它們在氧化鋁中作為電子俘獲中心還是空穴俘獲中心與實際的費(fèi)米能級位置有關(guān)。輻照導(dǎo)致的2VAl、2Ali、Hi、HO、AlO、OAl、Hi-Oi、Hi-VAl、H2-VAl及H3-VAl缺陷,它們只能作為輻照后的Al2O3柵介質(zhì)中帶負(fù)電的固定電荷、不帶電固定電荷或帶正電的固定電荷。H3-VAl、Hi-VAl、H2-VAl結(jié)構(gòu)在鍵斷裂丟失H以后也會成為更負(fù)的固定電荷,這些負(fù)的固定電荷可能引起了C-V右漂。結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的Si+等懸掛鍵會引入界面態(tài)使C-V曲線拉伸或者成為電子俘獲中心使C-V曲線右漂。另外,這些輻照引入的缺陷不僅作為一種俘獲中心或者固定電荷中心,還成為了一種導(dǎo)電路徑,增大了氧化鋁柵介質(zhì)的漏電流。
【圖文】：

高ｋ材料已在先進(jìn)半導(dǎo)體工藝中得到了廣泛應(yīng)用，如Ｆｉｎ邋Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ邋Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ逡逑（ＦｉｎＦＥＴ）邋［２］、Ｆｕｌｌｙ邋ｄｅｐｌｅｔｅｄ邋Ｓｉｌｉｃｏｎ－Ｏｎ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ邋（ＦＤＳ０Ｉ）邋［３］和二維材料器件［４］逡逑等，如圖１－１所示。隨著這些先進(jìn)器件應(yīng)用于空間環(huán)境時，其高Ｋ介質(zhì)層容易受逡逑到輻射環(huán)境的影響，，使器件的性能發(fā)生退化。因此對高Ｋ柵介質(zhì)層的輻射效應(yīng)的逡逑研究成為人們比較關(guān)注的方向。逡逑現(xiàn)階段，國內(nèi)外己有了大量的關(guān)于高Ｋ柵介質(zhì)材料和相應(yīng)器件電離輻射效應(yīng)逡逑的文獻(xiàn)報道，但這些研宄卻主要集中在其電學(xué)特性的表征等方面，而關(guān)于高Ｋ柵逡逑材料輻射損傷的微觀機(jī)制的研宄還十分匱乏。由于高Ｋ柵材料輻射損傷微觀機(jī)制逡逑是了解材料輻射效應(yīng)并研發(fā)抗福射加固技術(shù)的關(guān)鍵知識基礎(chǔ)，因此開展高Ｋ柵介逡逑Ｉ逡逑

Ｘ射線、高能Ｙ射線、帶電粒子（質(zhì)子和電子）與材料作用，通過電離輻射逡逑能量沉積到柵介質(zhì)中電離產(chǎn)生缺陷的物理過程是ｅｈｐｓ的產(chǎn)生。輻照后在柵介質(zhì)逡逑層引入電子空穴對以后，如圖１－３所示，以Ｓｉ０２柵介質(zhì)ＭＯＳ器件外加正偏壓為逡逑例，在外加電場的作用下：逡逑ａ．
【學(xué)位授予單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN386.1

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本文編號：2674132