40、氧对电子器件性能的影响

氧对电子器件性能的影响

1. 引言

随着超大规模集成电路（ULSI）的发展，动态随机存取存储器（DRAM）的尺寸不断缩小，集成度不断提高。与此同时，硅器件行业一直面临着提高芯片良率的挑战。影响芯片良率的因素包括晶体生长过程中产生的缺陷、颗粒、残留离子以及芯片制造过程中引入的各种失效模式。此外，芯片制造过程中引入的重金属杂质会降低器件的电学性能，导致芯片良率下降。

氧原子与电子器件的性能密切相关。氧沉淀产生的晶体缺陷若存在于器件有源区附近，会降低器件性能；但如前文所述，氧沉淀产生的内部缺陷可作为重金属杂质的吸杂中心，有助于提高器件良率。同时，氧原子可阻止位错运动，提高晶圆的机械强度，但过多的氧沉淀可能会降低晶圆的机械强度，因此氧原子对器件性能而言是一把“双刃剑”。

为了实现高性能器件，新的工艺技术和器件结构不断被开发并投入大规模生产。例如，离子注入和干法蚀刻技术分别在4K DRAM和16K DRAM时代开始应用；LOCOS隔离技术自1 - 4K DRAM时代开始采用，沟槽电容和LDD结构在1M DRAM生产中得到实际应用。这些新技术虽然实现了高性能器件，但也引入了重金属杂质和局部应力，导致泄漏电流增加。

为了提高超大规模集成电路（VLSI）器件的良率，必须抑制晶体学微缺陷，消除器件有源区的重金属污染物。本文将从器件特性和良率提升的角度，探讨氧对电子器件性能的影响。

2. 器件特性与晶体缺陷

2.1 器件结构与晶体缺陷的关系

• MOS晶体管 ：源极的多数载流子受栅电极在硅表面施加的电场控制。多数载流子通过沟道的漂移电流与栅电极电压成正比，其性能受晶