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具有HfN/HfO2栅结构的p型MOSFET中的负偏置-温度不稳定性研究
引用本文:萨 宁,康晋锋,杨 红,刘晓彦,张 兴,韩汝琦.具有HfN/HfO2栅结构的p型MOSFET中的负偏置-温度不稳定性研究[J].物理学报,2006,55(3):1419-1423.
作者姓名:萨 宁  康晋锋  杨 红  刘晓彦  张 兴  韩汝琦
作者单位:北京大学微电子所,北京 100871
基金项目:国家高技术研究发展计划(批准号:2003AA1Z1370)、国家自然科学基金(批准号:90407015) 资助的课题.
摘    要:研究了HfN/HfO2高K栅结构p型金属-氧化物-半导体(MOS)晶体管(MOSFET)中,负 偏置-温度应力引起的阈值电压不稳定性(NBTI)特征.HfN/HfO2高K栅结构的等效 氧化层厚度(EOT)为1.3nm,内含原生缺陷密度较低.研究表明,由于所制备的HfN/HfO2 高K栅结构具有低的原生缺陷密度,因此在p-MOSFET器件中观察到的NBTI属HfN/HfO2高K栅结构的本征特征,而非工艺缺陷引起的;进一步研究表明,该HfN/HfO2高K栅结构中观察到的NBTI与传统的SiO2基栅介质p-MOSFET器件中观察 到的NBTI具有类似的特征,可以被所谓的反应-扩散(R-D)模型表征: HfN/HfO2 栅结构p-MOSFET器件的NBTI效应的起源可以归为衬底注入空穴诱导的界面反应机理,即在负 偏置和温度应力作用下,从Si衬底注入的空穴诱导了Si衬底界面Si-H键断裂这一化学反应的 发生,并由此产生了Si陷阱在Si衬底界面的积累和H原子在介质层内部的扩散 ,这种Si陷阱的界面积累和H原子的扩散导致了器件NBTI效应的发生. 关键词: 高K栅介质 负偏置-温度不稳定性(NBTI) 反应-扩散(R-D)模型

关 键 词:高K栅介质  负偏置-温度不稳定性(NBTI)  反应-扩散(R-D)模型
收稿时间:07 14 2005 12:00AM
修稿时间:2005-07-142005-08-13

Negative bias temperature instability of HfN/HfO2 gated p-MOSFETs
Sa Ning,Kang Jin-Feng,Yang Hong,Liu Xiao-Yan,Zhang Xing and Han Ru-Qi.Negative bias temperature instability of HfN/HfO2 gated p-MOSFETs[J].Acta Physica Sinica,2006,55(3):1419-1423.
Authors:Sa Ning  Kang Jin-Feng  Yang Hong  Liu Xiao-Yan  Zhang Xing and Han Ru-Qi
Institution:Institute of Microeleetronics, Peking University, Beijing, 100871, China
Abstract:The negative-bias temperature instability (NBTI) characteristics of HfN/HfO 2 gated p-MOSFET with equivalent oxide thickness (EOT) of 1.3nm and low pre-existi ng traps are studied. Due to the low pre-existing trap density of HfN/HfO2< /sub> ga te stack, the observed NBTI characteristics are intrinsic, rather induced by the fabricating process. The observed characteristics can be compared with those re ported in SiO2 based gate stack and can be explained with the general ized reac tion-diffusion (R-D) model: under negative bias and temperature stressing, holes injected from the Si substrate could cause the Si-H bond breaking at the Si sub strate interface. The H atoms diffuse away into the bulk layer and the Si+< /sup> spe cies are left at the interface. The diffusing H atoms and the left Si+ species cause the NBTI characteristics.
Keywords:high-K gate dielectric  negative bias temperature instability (NBTI )  reaction-diffusion (R-D) model
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