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晶體管的整體質(zhì)量是金屬氧化物半導(dǎo)體的主要問題之一，本文主要研究柵氧化層，在金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中，包括對(duì)其質(zhì)量的全面討論，為了充分理解影響回顧了柵氧化層的晶體管結(jié)構(gòu)，觀察其性能的操作取決于其柵極氧化物的質(zhì)量。

MOS晶體管是通過半導(dǎo)體分層過程產(chǎn)生的電壓控制電流源。下面的圖1顯示了NMOS和PMOS設(shè)備的簡(jiǎn)化版本以及相應(yīng)的電路表示，在結(jié)構(gòu)上，晶體管由n型或p型（分別摻雜磷或硼）的大塊硅襯底組成，連接方式為B，生長(zhǎng)柵極氧化物絕緣層以將連接G的多晶硅柵極與基底材料隔離，最后將n或p型硅的兩個(gè)植入?yún)^(qū)域分別創(chuàng)建源區(qū)和漏區(qū)，連接S和D。

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圖1

晶體管工作的基本原理非常簡(jiǎn)單，NMOS正電壓應(yīng)用到門，這開始畫少數(shù)載體，即電子，門基板接口，施加到漏極的正電壓(源極接地)將電子從源極掃描到漏極，產(chǎn)生電流，這是金屬氧化物半導(dǎo)體工作中感興趣的基本電流。下面的圖2說明了這一點(diǎn)。

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圖2

圖2是處于飽和狀態(tài)下的MOS（典型的使用區(qū)域），在這種情況下，漏極電位總是高于或等于柵極電位，從圖中我們可以看到，ID首先呈指數(shù)增長(zhǎng)，然后是平方增長(zhǎng)，正是在這個(gè)過渡點(diǎn)上，晶體管被認(rèn)為是“開”的。此時(shí)的柵極電壓被認(rèn)為是閾值電壓VT，可以清楚地看到柵極氧化物絕緣性質(zhì)的重要性。理論上，通過氧化物的電位從基板中吸引載流子，在源極和漏極之間創(chuàng)建一個(gè)傳導(dǎo)路徑，而沒有電流流入柵極，然而，在現(xiàn)實(shí)中，如果氧化物中存在缺陷，電流會(huì)開始迅速增長(zhǎng)，需要有一套標(biāo)準(zhǔn)來確定柵極氧化物的質(zhì)量及其成為完美絕緣體的潛力。

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圖3

下面的圖3(a)顯示了一個(gè)更詳細(xì)的晶體管的三維圖像，使用一個(gè)實(shí)際的掃描電子顯微鏡，SEM(b)，更仔細(xì)地觀察柵極區(qū)域，柵氧化物是用紫色圈出的非常細(xì)的黑線，柵極聚硅是在這條黑線上方形成的較淺的矩形，可以看到有效通道長(zhǎng)度600納米和柵極厚度12.2納米之間的巨大尺度差異。

從上面可以看到，巨大的物理長(zhǎng)度電流必須在晶體管中流動(dòng)，而極薄的氧化層試圖包含電流單獨(dú)流向基板，而不是進(jìn)入柵極，如此薄層材料中的任何小缺陷都可能對(duì)晶體管的質(zhì)量造成災(zāi)難性的影響，應(yīng)該包括對(duì)氧化物的電荷到擊穿的完整表征。

如上所述，最終沒有產(chǎn)生任何顯著差異，大大提高了氧化物擊穿值，并已作為永久標(biāo)準(zhǔn)工藝實(shí)施，在試驗(yàn)材料上的新汞冷啟動(dòng)工藝優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)氧化物擊穿，但在生產(chǎn)材料上的結(jié)果不同。因此，PRE-GATE步驟將沒有任何永久的修復(fù)，雖然長(zhǎng)期的表征和耗時(shí)的測(cè)試顯示了對(duì)測(cè)試波動(dòng)的改進(jìn)，但本文表明，所獲得的結(jié)果不一定能很好地轉(zhuǎn)移到大規(guī)模生產(chǎn)車間，也不能反映在第二次測(cè)試的部分結(jié)果中

利用多種形式的應(yīng)力測(cè)試，對(duì)一種12.2納米的門氧化物進(jìn)行了討論和完整的表征，討論了一種具有12.2納米門氧化物的多點(diǎn)測(cè)試載體，并進(jìn)行了完整的表征，此外在兩個(gè)獨(dú)立的清洗機(jī)器中分析了預(yù)柵極氧化物沉積硅的清洗步驟，并對(duì)幾種新工藝進(jìn)行了初步的評(píng)估和表征。不幸的是，最終的分裂沒有顯示出生產(chǎn)材料的分解性能改善，然而，這項(xiàng)工作將作為任何想要改進(jìn)或描述晶體管柵氧化物的工程師來說，作為一個(gè)極好的起點(diǎn)，因?yàn)樗峁┝吮壬a(chǎn)測(cè)試更詳細(xì)的測(cè)試結(jié)果。