MOSFET器件质量与可靠性的互补表征体系研究

摘要

尺寸缩小效应会导致金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)的性能变化,引发质量与可靠性等问题,进而制约微电子器件性能和使用寿命.对插入厚度为5 nm的Al2O3帽层结构的nMOSFET器件进行电学性能和低频噪声性能测试,并提取了阈值电压、栅极关态电流、亚阈摆幅、载流子迁移率及迁移率衰减系数等参数.通过分析栅极电压噪声功率谱密度和栅极缺陷密度,建立了MOSFET器件电学表征方法和低频噪声表征方法的互补表征体系.结果表明,栅极结构中插入5nmAl2O3帽层能有效地调制器件的阈值电压,关态泄漏电流密度降低了97％,器件的输出功率提高了26％;但由于Al2O3帽层的插入,在栅极氧化物界面处引入了陷阱,导致载流子在界面处的散射几率增大,迁移率降低了49％.