激光尖峰退火技术通过铝诱导界面偶极提升栅堆栈可靠性的研究

本文研究了激光尖峰退火（LSA）在不同功率条件下对铝诱导界面偶极（Al-induced interface dipoles）栅堆栈电学性能及可靠性的影响。研究发现，500W（800°C）LSA处理显著提升了击穿电场强度（EBD）31.4%和时间依赖介电击穿（TDDB）临界电压48.8%，其机制源于LSA的低热预算可抑制铝原子扩散及氧空位形成。该技术为环栅场效应晶体管（GAAFET）的阈值电压调制提供了新思路。

　　

Highlight

通过激光尖峰退火（Laser Spike Annealing, LSA）功率调控，本研究揭示了铝诱导界面偶极对栅堆栈性能的优化机制。500W（800°C）LSA处理使器件击穿电场强度（E_BD）提升31.4%，时间依赖介电击穿（TDDB）寿命临界电压提高48.8%，为纳米级器件可靠性研究提供了重要突破。

Result and discussion

电学测试显示，随着LSA功率从400W增至600W，平带电压（V_FB）仅轻微偏移（0.39→0.44V），等效氧化层厚度（EOT）略微增加（0.25→0.31nm）。X射线光电子能谱（XPS）和高分辨能量色散X射线谱（HR-EDX）证实，LSA的低热预算特性有效抑制了铝原子向界面层（IL）的扩散，减少了氧空位和硅酸盐生成，从而显著降低界面缺陷密度（最低D_it达1.61×10¹¹ cm^-2eV^-1）。

Conclusion

研究表明，LSA技术通过精准热控制实现了界面偶极稳定性与可靠性的协同优化，为环栅场效应晶体管（GAAFET）的阈值电压（V_t）调控提供了创新解决方案。该成果对3D器件结构时代的界面工程具有重要指导意义。