Fabrication of Ultrathin SiO_2 Gate Dielectric by Direct Nitrogen Implantation into Silicon Substrate  

硅衬底注氮方法制备超薄SiO_2 栅介质(英文)

作　　者：许晓燕[1] 程行之[1] 黄如[1] 张兴[1] 

机构地区：[1]北京大学微电子研究所,北京100871

出　　处：《Journal of Semiconductors》2005年第2期266-270,共5页半导体学报（英文版）

基　　金：国家自然科学基金 (批准号 :90 2 0 70 0 4);国家重点基础研究专项基金 (批准号 :2 0 0 0 0 3 65 )资助项目~~

摘　　要：Nitrogen implantation in silicon substrate at fixed energy of 35keV and split dose of 10 14～5×10 14cm -2 is performed before gate oxidation.The experiment results indicate that with the increasing of implantation dose of nitrogen,oxidation rate of gate decreases.The retardation in oxide growth is weakened due to thermal annealing after nitrogen implantation.After nitrogen is implanted at the dose of 2×10 14cm -2,initial O 2 injection method which is composed of an O 2 injection/N 2 annealing/main oxidation,is applied for preparation of 3 4nm gate oxide.Compared with the control process,which is composed of N 2 annealing/main oxidation,initial O 2 injection process suppresses leakage current of the gate oxide.But Q bd and HF C-V characteristics are almost identical for the samples fabricated by two different oxidation processes.利用栅氧化前在硅衬底内注氮可抑制氧化速率的方法 ,制得 3 4nm厚的SiO2 栅介质 ,并将其应用于MOS电容样品的制备 .研究了N+ 注入后在Si/SiO2 中的分布及热退火对该分布的影响 ;考察了不同注氮剂量对栅氧化速率的影响 .对MOS电容样品的I V特性 ,恒流应力下的Qbd,SILC及C V特性进行了测试 ,分析了不同氧化工艺条件下栅介质的性能 .实验结果表明 :注氮后的热退火过程会使氮在Si/SiO2 界面堆积 ;硅衬底内注入的氮的剂量越大 ,对氧化速率的抑制作用越明显 ;高温栅氧化前进行低温预氧化的注氮样品较不进行该工艺步骤的注氮样品具有更低的低场漏电流和更小的SILC电流密度 ,但二者恒流应力下的Qbd值及高频C V特性相近 .

关 键 词：ultrathin gate dielectric nitrogen implantation BREAKDOWN 

分 类 号：TN304.21[电子电信—物理电子学]