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本文报道了（110）、（100）晶体定向硅上制备的p通道MOSFETs的低频噪声与硅表面的微粗糙度有关，由于传统的RCA清洗工艺使表面更加粗糙，特别是在（110）取向的情况下，开发了不使用碱性溶液的5步室温清洗工艺，这种新的清洗工艺与微波激发的高密度等离子体氧化工艺相结合，形成门氧化物，而不是标准的900°C热氧化工艺，导致微粗糙度降低。此外，这种减少不仅可以观察到（110）的取向，而且也可以用同样的方法观察到（100），尽管其程度要小得多。
图2
首先使用一个矢量信号分析仪进行对排水电流噪声测量，连接到一个低噪声前置放大器，为了找到目标偏置点参数，采用模块化直流源偏置目标偏置，然后将该源被超低噪声直流源取代，进行最终的噪声测量,如图2的Id-Vd曲线所示，(110) pMOSFET的一个有趣特性是电流运行能力是(110)方向的2.5倍,这个特性保证了更快的工作频率，但是(110) CMOS数字和模拟电路可能没有竞争力,而不会降低1/f噪声,如图3所示，与（100）pMOSFETs相比，通过常规RCA清洗制备的（110）pMOSFETs的噪声水平仍比（100）pMOSFETs高出近20年，且必须严重降低这一水平。
作为RCA清洗的替代品，开发了5步室温清洗工艺,这项新技术有一个非常简单的程序，在清洗结束时只冲洗一次,可以在小于5min的没有任何温度升高的情况下进行,与（110）隧道显微镜扫描(STM)分析结果显示的RCA清洗相比，这种新型清洗方法对（110）取向表面质量的影响很明显，采用5步清洗时，平均微粗糙度(Ra)和峰谷高度（P-V）改善约为30%。如前所述，除了RCA清洗中涉及的许多步骤和高温外，另一个问题是它需要使用碱溶液，这导致表面各向异性去除硅原子，从而导致更大的表面粗糙度，这是因为键的裂解导致了表面以（111）为取向的微结构不均匀性的形成，并随着时间的推移而形成。相反，5步清洗是一个无碱的过程，它产生了一个更平滑的均匀表面。
在两种不同的氧化过程中，评价了5步清洗对（110）pMOSFETs中1/f噪声的影响，在噪声测量的结果中，我们观察到无碱清洗过程的1/f噪声水平都有了显著的改善，与RCA清洗方法相比，该噪声水平下降了近20年，这是由于与RCA清洁方法相比，形成了一个微粗糙度降低的表面。研究还发现，等离子体氧化产生的噪声水平低于热氧化氧化，在（110）pMOSFETs中成功演示了1/f噪声抑制后，为了进行比较，对（100）硅取向晶片进行了相同的评价过程。通过对比结果，可以明显看出，使用无碱的5步清洗再次提高了表面质量，然而，从RCA清洗到5步清洗过程中，（100）取向的表面质量仅提高了10%，而表1中（110）表面提高了30%，这一结果表明，（100）硅表面比（110）硅表面对碱性溶液更有抵抗力。综上所述，表I和表II的比较表明，在（110）硅表面使用RCA清洗工艺在微粗糙度方面比在（100）取向上进行处理时质量更差。这种界面的降解可以解释为（110）表面的碱溶液蚀刻速率比（100）上的要快。
表1
表2
综上所述，当通过传统的RCA清洗方法制造时，（110）pMOSFETs的1/f噪声水平远高于（100）pMOSFETs，但这似乎仅仅是处理方法演化的结果，而不是表面的内在特性，因为只要用无碱5步室温法代替RCA清洗方法，就可以大大减少两个方向之间的1/f噪声水平的划分。
最后通过研究了不同pmos在Si/sio2界面的界面微粗糙度和1/f噪声，我们成功地证明了无碱5步室温清洗和等离子体氧化过程的结合，由于氧化层的形成更平滑，1/f的噪声水平，（100）pMOSFET比（110）pMOSFET的优势，在1/f噪声水平，减少，考虑到（110）pMOSFET的改进性能，（110）CMOS可以建立自己作为一个可行的竞争对手甚至未来替代当前硅CMOS技术只使用（100）导向表面。