發(fā)布時(shí)間：2020-05-21 17:40

【摘要】：隨著納米器件特征尺寸進(jìn)入到45nm及以下技術(shù)節(jié)點(diǎn),為解決柵氧化層Si02的厚度過薄而引發(fā)的器件可靠性降低,柵極泄漏電流(Ig)顯著增大等問題,高k金屬柵結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的SiO_2多晶硅結(jié)構(gòu)成為業(yè)界的研究熱點(diǎn)之一。在眾多高k備選材料中,HfO_2高k柵介質(zhì)材料成為研究重點(diǎn),隨著器件尺寸的進(jìn)一步微縮,為了抑制短溝道效應(yīng),提高器件的柵控能力,需要不斷地減小等效氧化層的厚度(EOT)。本文主要從以下三個(gè)方面展開研究,以探求減小高K金屬柵結(jié)構(gòu)PMOSFET EOT的最優(yōu)工藝并分析其機(jī)理。1.Hf基高k柵介質(zhì)的退火工藝研究:本內(nèi)容旨在通過退火工藝改善鉿基高k柵介質(zhì)的薄膜質(zhì)量從而降低EOT。本文分別在O_2和N2退火環(huán)境下對(duì)ALD制備的Hf基高k柵介質(zhì)退火。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,O_2和N2退火均可減少HfO_2中的缺陷,但O_2退火溫度大于等于650℃時(shí),界面層明顯增厚導(dǎo)致EOT增大,這主要是由于過量的氧引起界面層的增長(zhǎng)。與O_2退火相比,N2退火具有更大的溫度控制工藝窗口。2.摻A1的Hf基柵介質(zhì)退火工藝研究:為解決純凈HfO_2柵極泄漏電流過大的問題,向Hf02中摻入少量A1,并通過N2退火改善高k介質(zhì)層質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),摻A1可以改變HfO_2柵介質(zhì)的晶相,提高高k柵介質(zhì)的k值,從而降低EOT,滿足14/16nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)要求。3.TiN厚度對(duì)EOT的影響:ALD制備的TiN不僅可以作為金屬柵與高k柵介質(zhì)之間的阻擋層,而且有吸氧作用。TiN的生長(zhǎng)方式及物理厚度對(duì)EOT有一定的影響,本實(shí)驗(yàn)通過制備不同厚度的TiN(1-5nm),綜合分析MOSCAP的電學(xué)特性,最終得出TiN的最佳物理厚度為2nm。
【圖文】：

第一章緒論逡逑由于柵氧化層Ｓｉ0２過薄，使得柵極泄漏電流密度難以維持在合適范圍內(nèi)，逡逑氮氧化桂（ＳｉＯｘＮｙ）代替Ｓｉ0２成為新的柵極電介質(zhì)（圖１－２）。ＳｉＯｘＮｙ的介電逡逑常數(shù)比Ｓｉ０２要高，對(duì)于相同的柵極電容，，ＳｉＯｘＮｙ柵極電介質(zhì)的物理厚度要更厚，逡逑從而獲得比Ｓｉ０２更低的柵極漏電流。從圖１－２中還可以看出，從２００１年到２００８逡逑年期間，柵氧化層的厚度的微縮受到限制，無法進(jìn)一步減小，ＥＯＴ的值一直保逡逑持在ｌ．ｌｎｍ左右。逡逑１０００邋ｆ——＾邐１邐，邐＝邋１０００逡逑＾邋＾邐＾邋Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ邋＝逡逑§邋１0：逡逑Ｓｃａｌｉｎｇ邋ｌｉｍｉｔ邋／邐人、逡逑：邐ｏｆ邋ＳｉＯＮ邐／逡逑Ｓｃａｌｉｎｇ邋ｕｓｉｎｇ邋＼逡逑ｈｉｇｈ－ｋ邋ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ逡逑１邐ｉ邋v徨澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄濉鰣澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄濉觥鰣澹殄澹殄澹殄迥溴澹殄澹殄危卞義希保梗福板危保梗梗板危玻埃埃板危玻埃保板危玻埃玻板義希校酰猓歟椋悖幔簦椋錚鑠澹澹幔蟈義賢跡保蒼詮サ奈甯黽際踅詰闃校ぜ躉錆穸卻櫻埃保肝⒚椎劍叮的擅捉詰愕乃醴徘魘疲郟罰蒎義洗櫻矗擔(dān)睿斫詰憧跡擼蘇そ櫓什牧轄氪蠹業(yè)氖酉擼車模櫻椋埃捕嗑Ч鷲そ徨義瞎貢桓擼蘇そ櫓式鶚粽そ峁梗ǎ齲椋紓楨澹脲澹停澹簦幔戾澹紓幔簦澹┧〈郟保福蕁Ｍü敫擼蘇そ櫓叔義喜牧�，札e罅蘇そ櫓實(shí)奈錮硨穸齲傭行У丶跣≌ぜ孤┑緦鰨郟保梗蕁Ｊ褂媒櫚緋ｅ義鮮叩牟牧洗媧車惱そ櫓

本文編號(hào)：2674660