圖6.7給出了測(cè)量增益隨輸入電流的變化規(guī)律(陣列芯片上128個(gè)點(diǎn)的所有位置的電流平均值)。數(shù)據(jù)顯示主要給出了在金加工工藝完成后,未經(jīng)退火以及附加退火工藝后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如果沒有經(jīng)過退火工藝,輸入電流低于10pA時(shí)測(cè)量獲得的增益出現(xiàn)嚴(yán)重偏差。這種效果與柵氧化層界面態(tài)密度的增加相吻合,測(cè)量得到的數(shù)值顯示柵氧界面態(tài)密度高于2×1011/cm^2(見表6,1)。

HCPL-2631

   這些過量的態(tài)密度轉(zhuǎn)化為晶體管的反向亞閾值斜率,進(jìn)一步劣化了關(guān)斷電流特性,增加了結(jié)-襯底或者結(jié)-阱的漏電流[24],從而劣化了小電流時(shí)的輸出-轉(zhuǎn)移特性。在金工藝制作完成后,經(jīng)過采用氮?dú)浠旌蠚夥胀嘶鸸に嚵鞒?№,H2氣氛,退火溫度硐0℃/3~sO℃,退火時(shí)間~sO血n),顯著降低了柵氧化層界面態(tài)密度,最終獲得理想的輸出特性。

   目前為止,除了考慮CMOS前段工藝參數(shù)之外,也需要對(duì)金電極在退火及未退火條件時(shí)的特性進(jìn)行研究。金和頂層金屬鋁線的電阻數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果,以及相關(guān) 的通孔連線電阻數(shù)據(jù)在表6,1中給出。所有數(shù)據(jù)在沒有經(jīng)過退火工藝步驟和在3sO℃下退火工藝后的測(cè)試結(jié)果相似。經(jīng)過400℃退火后,金的電阻增加了⒛%。此外,從圖6.8的SEM照片可以看出,在400℃退火后電阻的增加與金層內(nèi)的金顆粒重新排列和畸變有關(guān)。對(duì)于350℃溫度下的金退火,sEM照片看起來跟沒有退火步驟所獲得的照片基本一樣。因此,選定350℃退火條件為金電極的工藝窗口,這樣CMOs前工藝制作的器件和CMOS后工藝制作的電極性能均為最優(yōu)(如表6.1所示)。