ゲート絶縁膜中固定電荷によるMOSFETのしきい値制御

使用栅极绝缘膜中的固定电荷进行MOSFET阈值控制

基本信息

批准号：
15760221
负责人：
毎田修
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

ゲート絶縁膜中に固定電荷を導入することでMOSFETのしきい値電圧の制御を確立することを目的として、CsCl水溶液のスピンオン法及びCs蒸着法によるセシウムイオンのゲート絶縁膜中への導入を図り、フラットバンド電位の制御に関する研究を行った。CsCl水溶液のスピンオン法では加熱温度の上昇に伴い、フラットバンド電位のシフトが観測され、700℃の加熱処理において、約0.3Vのシフトが得られた。CsCl水溶液をスピンオン後、加熱処理を施すことにより、カウンターチャージであるClが脱離し、また、CsイオンのSiO_2膜中への導入が促進され、その結果、フラットバンド電位をシフトさせたと推測される。しかし、B-T測定により、10^<12>atoms/cm^2オーダーの可動イオンが観測された。これは、CsClに含まれるナトリウムなどの不純物によるものと考えられる。Cs蒸着法では加熱処理を施すことなくフラットバンド電位のシフトが得られ、そのシフト量はCsの表面濃度に比例し、約1.3×10^<13>atoms/cm^2において、約0.8Vのシフトを観測した。B-T測定により、Cs蒸着法はCsCl水溶液法に比べて、可動イオンの量が半減していることが確認され、フラットバンド電位のシフトはn型、p型、いずれの基板においても得られた。Cs蒸着後に適切な加熱処理(約750℃)を加えることによって、フラットバンド電位のシフトを更に増大させることに成功し、2次イオン質量分析結果から、これはCsイオンがSiO_2/Si界面へ移動した結果と考えられる。また、加熱処理によって、可動イオンの減少を全反射蛍光X線分光測定において観測した。High-kゲート絶縁膜へ応用としてHfO_2膜への固定電荷の導入を検討し、SiO_2膜より小さいがフラットバンド電位のシフトを見出した。

为了通过在栅极绝缘膜中引入固定电荷来控制MOSFET的阈值电压，我们通过CsCl水溶液旋涂法和Cs蒸发法将铯离子引入到栅极绝缘膜中，并进行了研究。平带电势的控制。在CsCl水溶液的旋涂法中，随着加热温度的上升，观察到平带电位的偏移，在700℃的热处理中得到约0.3V的偏移。推测通过在CsCl水溶液上旋转后进行热处理，作为反电荷的Cl被解吸，并且促进了Cs离子向SiO_2膜中的引入，导致平带电势的移动。。然而，B-T测量观察到移动离子的数量级为10^ 12 原子/cm^2。这被认为是由于CsCl中含有的钠等杂质造成的。采用Cs气相沉积法，无需热处理即可获得平带电势的偏移，且偏移量与Cs的表面浓度成正比，在约1.3×10^<13>atoms/cm^2时，可以观察到大约0.8V的偏移。 B-T 测量证实，与 CsCl 水溶液法相比，Cs 蒸发法中的移动离子量减少了一半，并且 n 型和 p 型基板均获得了平带电位的变化。通过在Cs沉积后进行适当的热处理（约750℃），我们成功地进一步增加了平带电势的移动，二次离子质谱结果表明，这是由于Cs离子向SiO_2/Si界面的移动所致。这被认为是以下结果此外，由于热处理，在全内反射X射线荧光光谱中观察到移动离子减少。我们研究了在 HfO_2 薄膜中引入固定电荷作为高 k 栅绝缘薄膜的应用，发现平带电位的变化，尽管比 SiO_2 薄膜的变化要小。