半导体技术中的三氧化二铝绝缘膜电击穿特性分析

"三氧化二铝绝缘膜电击穿特性的研究 (1991年)" 这篇研究论文专注于探讨三氧化二铝（Aluminum Oxide, Al2O3）绝缘膜的电击穿特性，该膜在半导体技术中广泛应用，尤其是在制造晶体管和大规模集成电路时作为钝化膜。Al2O3因其高稳定性、可靠性和对铀离子的阻挡能力而受到重视，这些特性使其在绝缘栅场效应晶体管（如MAS和MOS器件）中成为理想的绝缘材料。 实验方法采用了电阻率为100Ω·cm左右的n型(100)硅单晶作为基底，并通过直流反应溅射法制备Al2O3膜。在硅片预处理后，将硅片置于真空室内，在特定的氧气流量、电流和电压条件下进行溅射，以控制膜的厚度。膜厚则通过激光椭圆偏振测厚仪进行精确测量。接着，利用高频C-V特性测试仪检测其负电性，并在Al2O3膜上蒸发铝电极，形成MAS结构的样品。 测试Al2O3绝缘膜的击穿电压采用了JC-4型介质击穿装置，通过快速升压法以避免热击穿的影响。当电流突然增大时，表明绝缘膜已发生击穿，此时的电压即为击穿电压。实验结果显示，在700-9000Å的膜厚范围内，击穿电压与膜层厚度成正比，且击穿时的极限电场强度与厚度无关。这表明Al2O3绝缘膜的电击穿特性主要受其厚度影响。 此外，当Al2O3绝缘膜厚度保持不变时，击穿电压与电极表面面积有关。电极面积的变化会影响击穿电压，这提示我们在设计器件时需要考虑电极尺寸与绝缘层之间的关系。 该研究为理解和优化基于Al2O3的半导体器件提供了关键数据，对于提高器件的性能和可靠性具有重要意义。通过深入研究这类绝缘膜的电击穿特性，科研人员能够更好地设计和制造先进的半导体组件，满足电子设备小型化、高性能的需求。