The effects of water on oxide and interface trapped charge generation in thermal SiO2 films

Abstract

Water was diffused into very dry thermal SiO2 films under conditions such that the penetration of water related electron trapping centers was of the order of the oxide thickness. In both dry oxides and water diffused oxides, production of negative bulk oxide charge Qot and positive interface charge Qit by an avalanche-injected electron flux was observed. The efficiencies of both processes were enhanced by water indiffusion. Analysis of the kinetics of charge generation indicated that production of trapped electron centers (Qot ) was required for subsequent production of interface states and charge (Qit ). Models for both processes are discussed. We suggest that inelastic collisions of conduction electrons with the trapped electron centers releases mobile hydrogen atoms or excitons. The mobile species migrate to the Si–SiO2 interface and form states and fixed charge.

Модель накопления зарядов в n- и p-МОП-транзисторах при туннельной инжекции электронов из затвора

“…Электронные ловушки в SiO 2 связывают обычно с присутствием фрагментов воды и групп OH [1,3,4]. Распределение таких ловушек по толщине оксида, как правило, однородное [1,3].…”

“…Распределение таких ловушек по толщине оксида, как правило, однородное [1,3]. В нашем случае ловуш-ки локализованы вблизи затвора.…”

“…Заряды влияют на распределение электрического поля, пороговое напряжение и крутизну МОП-транзисторов, а также на пробой подзатворного диэлектрика [2]. Об-разование отрицательного заряда в объеме SiO 2 объяс-няется туннельной инжекцией электронов по Фаулеру-Нордгейму из катода (затвора или подложки) в ди-электрик с последующим их захватом на электронные ловушки [3,4]. Электронные ловушки связываются обыч-но с присутствием фрагментов воды и групп OH в структуре диоксида кремния [1,3,4].…”

“…Образование ПС в моделях [16,17] связыва-лось с рекомбинацией электрона с дыркой, захваченной вблизи МФГ Si−SiO 2 . Имеются, однако, убедительные результаты, указывающие на участие водорода в обра-зовании ПС при инжекции как электронов [3], так и дырок [18]. В модели [19] свободный водород образуется при взаимодействии инжектируемых электронов с ком-плексами SiH.…”

Thermal Annealing of Radiation Induced Defects: A Diffusion-Limited Process?

“…More recently, Feigl, et al (4) was greatly enhanced by the presence of water. Also, Sah, et al (5) treat the effect of water vapor (or hydrogen) on interface state generation and annealing.…”