中国科学技术大学物理系微电子考业 多晶硅是一种十分重要的栅极材料，主要优点是 能承受器件制作中的高温过程。因此Poy一S又 可充当源漏区的掩模，得到没有栅源交叠或栅漏 交叠的自对准栅。对于多晶硅栅，应以多晶硅的 费米势表示，多晶硅作栅一般是高掺杂的，因此 费米能级靠近导带底或价带顶的，此时 E-E,≈t0.56eV 即，6≈0.56 其中，p型取十，n型取一。 Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 11
中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/6/3 Saturday 11 • 多晶硅是一种十分重要的栅极材料，主要优点是 能承受器件制作中的高温过程。因此Poly－Si又 可充当源漏区的掩模，得到没有栅源交叠或栅漏 交叠的自对准栅。对于多晶硅栅，应以多晶硅的 费米势表示，多晶硅作栅一般是高掺杂的，因此 费米能级靠近导带底或价带顶的，此时 即， 其中，p型取＋，n型取－。 EF Ei 0.56eV G 0.56V Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子专业 (2)VFB2:用来消除有效界面电荷的影响 SO,层内部及SiO,/Si界面存在电荷，基本分类：界面 陷电荷，氧化物固定电荷，氧化物陷阱电荷和可 动离子电荷。 界面陷阱电荷Q》 归因于SiO,/Si界面性质，并取决于该界面 的化学组分，在$iO,/Si界面上的陷阱，其能级位于硅禁带之 内，和晶面取向有关。 ● 氧化物固定电荷Q:位于SiO,/Si界面约30A范围内，.在表面势 大幅度变化时也不能充放电，Q通常是正的，并和氧化、退 火条件、S晶面取向有关。 氧化物陷阱电荷Qo:和SiO2的缺陷有关，分布在SiO2层内， 和工艺过程有关的Qot可以通过低温退火除掉大部分。 可动离子电荷Qm:如Na+等碱金属离子，在高温和高压下工 作时，它们可以在氧化层内移动。因此，在器件制造中，要 防止可动离子的玷污。 Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 12
中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/6/3 Saturday 12 （2）VFB2：用来消除有效界面电荷的影响 SiO2层内部及SiO2 /Si界面存在电荷，基本分类：界面 陷阱电荷，氧化物固定电荷，氧化物陷阱电荷和可 动离子电荷。 • 界面陷阱电荷Qit：归因于SiO2 /Si界面性质，并取决于该界面 的化学组分，在SiO2 /Si界面上的陷阱，其能级位于硅禁带之 内，和晶面取向有关。 • 氧化物固定电荷Qf：位于SiO2 /Si界面约30Å范围内，在表面势 大幅度变化时也不能充放电，Qf通常是正的，并和氧化、退 火条件、Si晶面取向有关。 • 氧化物陷阱电荷Qot：和SiO2的缺陷有关，分布在SiO2层内， 和工艺过程有关的Qot可以通过低温退火除掉大部分。 • 可动离子电荷Qm：如Na＋等碱金属离子，在高温和高压下工 作时，它们可以在氧化层内移动。因此，在器件制造中，要 防止可动离子的玷污。 Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子考业 为简化分析，常假定它们都固定在SO,/Si界面上， 其面密度为Qo,对SiO2/Si系统，无论是p型衬底或 n型衬底，Q总是正的，在现代工艺水平下可低至 10-10C/cm-2。 Q将在金属和半导体中感应极性相 反的电荷-Q, 因此必须在金属上提供全部所需的 即除了 ms，还有： FB2 OX 电源的负极与金属相连，C是栅氧化层的单位面 积电容， OX d ox 其中e。x、dx分别为栅氧化层的介电常数和厚度。 Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 13
中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/6/3 Saturday 13 • 为简化分析，常假定它们都固定在SiO2 /Si界面上， 其面密度为Q0，对SiO2 /Si系统，无论是p型衬底或 n型衬底，Q0总是正的，在现代工艺水平下可低至 10-10C/cm-2 。Q0将在金属和半导体中感应极性相 反的电荷-Q0，因此必须在金属上提供全部所需的 -Q0，即除了 ，还有： • 电源的负极与金属相连，Cox是栅氧化层的单位面 积电容， 其中εox、dox分别为栅氧化层的介电常数和厚度。 mS ox FB C Q V 0 2 ox ox ox d C Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子考业 4、表面势Ψ 氧化层下的半导体表面通常简称表面。当栅对衬底 的外加电压VcB不等于平带电压VR时，半导体将出 现表面电荷层，在它之外的半导体内部都是电中性 的，表面层上的电势降落称为表面势平、，规定电势 降落的方向由表面指向体内，由此，表面电势高于 体内时，Ys为正，反之为负 热平衡时，表面处的电子浓度和空穴浓度用平、表示 为： ns noe q平s/kT Ps =Poe-qsIkT Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 14
中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/6/3 Saturday 14 4、表面势ΨS • 氧化层下的半导体表面通常简称表面。当栅对衬底 的外加电压VGB不等于平带电压VFB时，半导体将出 现表面电荷层，在它之外的半导体内部都是电中性 的，表面层上的电势降落称为表面势ΨS，规定电势 降落的方向由表面指向体内，由此，表面电势高于 体内时，ΨS为正，反之为负。 • 热平衡时，表面处的电子浓度和空穴浓度用ΨS表示 为： q k T S S n n e / 0 q k T S S p p e / 0 Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子专业 5、电势平衡和电荷平衡 一般外加栅压V©时，半导体表面将出现电荷，并有电势 降落。 电势平衡方程 GB=ox+业s 其中VG为栅衬底偏压，"。x是栅氧化层上电压，业s是表面势 ，电荷平衡方程（电中性条件〉 26+2s+2=0 其中，Q是栅电荷 =CorV ox Q、为表面层电荷，Q,是有效界面电 荷。单位为C/cm2。 由于Q是不变的，因此 AOG +AOs=0 Principle of Semiconductor Devices 2023/6/3 15
中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/6/3 Saturday 15 5、电势平衡和电荷平衡 • 一般外加栅压VGB时，半导体表面将出现电荷，并有电势 降落。 • 电势平衡方程 其中VGB为栅衬底偏压，ψox是栅氧化层上电压，ψS是表面势 • 电荷平衡方程（电中性条件） 其中，QG是栅电荷， ，QS为表面层电荷，Q0是有效界面电 荷。单位为C/cm2。 • 由于Q0是不变的，因此 VGB ox S QG QS Q0 0 QG Cox ox QG QS 0 Principle of Semiconductor Devices