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应力诱导曲率对4H-SiC MOS平带电压和界面态密度的影响

作者:admin 发布时间:2019-05-19 20:46:35 浏览次数:231
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应力诱导曲率对4H-SiC MOS平带电压和界面态密度的影响

碳化硅(SiC)上的栅氧化膜会严重影响SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的功能。本文作者经过电容 - 电压(C-V)测验研讨了应力诱导曲率对4H-SiC MOS平带电压和界面态密度的影响应力/应变引起的曲率对栅氧界面态密度(Dit)的影响。外延晶片的曲率经过薄膜应力丈量体系进行测验。在干热氧化过程中,紧缩/拉伸曲率导致SiO2的正Vfb偏移(负固定电荷),SiO2 / SiC的界面态密度添加。别的,文章还发现样品的横光学(TO)声子波数与薄膜的曲率应力诱导曲率对4H-SiC MOS平带电压和界面态密度的影响有关,这标明应力首要会影响SiO2 / SiC的界面。依据试验成果,本文作者提出“无应力”氧化膜可能是SiC-MOSFET使用的最佳挑选。

表1:不同硼注入剂量下样品的曲率与应力。

试验挑选4英寸SiC全晶片进行,其能够丈量由应力引起的曲率。4 偏角n型4H-SiC(0001)Si面衬底,其上成长为有用载流子密度(Nd-Na)810E15cm-3下氮掺杂的(12m)外延层,可用于制作MOS电容。经过薄膜应力丈量体系FLX-2320-S丈量样品的曲率半径(R)。所选拉伸样品A和B的曲率别离为-0.0132和-0.0091(1/m)。在室温下将硼离子以固应力诱导曲率对4H-SiC MOS平带电压和界面态密度的影响定能量(110keV)和不同剂量注入样品C和D的(000-1)C面(反面)。在硼注入后,咱们发现样品C和D由初始阶段的拉伸状况变为紧缩。

图1:n型4H-SiC(0001)MOS电容的C-V特性

图1显现了样品A的C-V特性。高频C-V特性曲线在f =100 kHz下丈量,其信号起伏小于30 mV;准静态C-V曲线在斜坡电压扫描速率50 mV/s下丈量。依据(准静态电容 - 电压)QSCV和高频C-V曲线,由泊松方程核算得到抱负的C-V曲线,如图1所示。

图2:曲率与Vfb之间的联系。

拉伸(样品A和B)和紧缩(样品C和D)样品的平带电压(Vfb)在100kHz高频C-V特性曲线下预算。如图2所示,关于拉伸样品(A和B)取得正的Vfb偏移电压,标明在干氧化期间呈现负的固定电荷。

图3:室温下,经过C-s办法预算丈量界面态密度(Dit)。

咱们经过C-s办法来评价界面态密度。使用以下公式:

q代表电荷,CQS,Cideal和Cox别离代表每个区域的准静态,抱负和氧化下的电容。界面态密度(Dit)如图3所示。样品C在Ec-E = 0.2eV处的Dit值为3.0110E12eV-1cm-2,约为样品A的三分之一。因而,经过离子注入能够下降拉伸应力,这关于削减上面评论的Dit和Vfb是有用的。但是,值得注意的是,虽然C面离子注入之前的曲率质量是类似的,但较街拍真空大的紧缩样品B的Dit是大于C的。 因而,极点紧缩应力是Dit添加的另一个原因。

图4:曲率与Dit @ Ec-E= 0.2eV应力诱导曲率对4H-SiC MOS平带电压和界面态密度的影响之间的联系。

图4显现了拉伸/紧缩应力与Dit之间的联系。该成果标明Dit跟着拉伸应力的开释而减小而且跟着紧缩应力的添加而添加。因而,Dit的减小被认为是由拉伸/紧缩应力的停止引起的。

图5:热氧成长SiO2的红外光谱。

为了探求机理,进行了用于应力表征的傅立叶改换红外(FTIR)光谱。咱们选用了FTIR衰减全反射(ATR),它也可被用于研讨SiC上热成长氧化物的微观结构,以剖析SiO2的应力。ATR丈量在单个反射体系上进行,而且在Varian Excal应力诱导曲率对4H-SiC MOS平带电压和界面态密度的影响ibur 3100上选用入射角为45的单晶ZnSe棱镜。如图5所示,这些光谱中的首要表现为TO和LO的特征峰,对应于由组分SiO4四面体的不对称Si-O弹性振荡。

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