高压PMOS器件阈值电压稳定性改善工艺研究

论文摘要

高压CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）器件与普通CMOS器件相比存在较多电性设计要求和工艺尺寸上的差异,其电性参数的稳定性在生产中较难控制。高压PMOS器件的阈值电压是这些参数中较为敏感的参数之一,同时又是表征高压器件工艺稳定性的重要参数之一。高压PMOS器件的阈值电压的不稳定性会直接影响到客户端的产品的规格限制,造成过量产品报废,提高生产成本。本文的主要目的就是解决以上问题,提高高压PMOS器件的阈值电压稳定性,降低其统计意义上的西格玛值即标准方差值。通过找出其相关的关键工艺,并对这些关键工艺进行改进和调整,从而为有效地控制生产成本和改善工艺稳定性提供参考。本工作针对高压PMOS器件相关工艺作了以下三方面的讨论。一.讨论用作阈值电压调整的硼离子注入的条件即注入能量和注入浓度对阈值电压值产生的影响。结果表明:注入的浓度变化5%,体现在阈值电压值上会有10%的变化,有放大效应。注入的能量变化,也会明显影响阈值电压值的稳定性。在工艺上B+利用高能注入沟道较易控制其射程,因而更容易控制高压PMOS阈值电压的稳定性。二.栅氧层的长时间高温生长条件（950℃15分钟）对已注入的硼离子在晶格中稳定性的影响也非常大。实验表明,将氧化层生长步骤移至阈值电压离子注入步骤之后,可以有效改善阈值电压的稳定性,针对一些对可靠性要求较低的产品可以应用这种制程方法。三.讨论相邻的热退火步骤的温度和时间对B+离子活性的影响。发现低于850℃热退火步骤不会对B+离子活性有影响,所以对阈值电压稳定性也没有影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 高压器件的应用
• 1.2 高压器件的工艺特点
• 1.3 高压器件面临的问题—PMOS阈值电压波动
• 1.4 高压器件PMOS阈值电压的测量方法
• 1.5 本文的主要内容和结构
• 第二章 阈值电压的离子注入条件对阈值电压的影响
• 2.1 注入能量对阈值电压稳定性的影响
• 2.1.1 实验内容简介
• 2.1.2 实验分析
• 2.2 注入浓度的有效控制对阈值电压稳定性的影响
• 2.2.1 在晶圆范围内注入浓度分布和阈值电压值分布的相关性
• 2.2.2 注入浓度之离子束流对阈值电压的相关性
• 2.2.3 讨论
• 2.3 小结
• 第三章 氧化层工艺对阈值电压的影响
• 3.1 变换氧化层与离子注入步骤的实验
• 3.1.1 实验内容简介
• 3.1.2 实验分析
• 3.2 小结
• 第四章 快速热退火温度与时间对阈值电压的影响
• 4.1 快速热退火的温度时间实验
• 4.1.1 实验内容简介
• 4.1.2 实验分析
• 4.2 小结
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢