鉿基高K柵的制備、物性及MOS器件性能研究.pdf

1、隨著微電子工業(yè)遵循摩爾定律的不斷發(fā)展，集成電路集成度不斷提高，器件尺寸不斷縮小，在這種趨勢(shì)下，先前使用的傳統(tǒng)高K柵介質(zhì)SiO2層會(huì)減小到原子尺寸，漏流會(huì)急劇增加，從而導(dǎo)致器件失效。選擇高K新柵介質(zhì)材料代替SiO2成為目前急需解決的問(wèn)題。通過(guò)不斷實(shí)驗(yàn)和探索發(fā)現(xiàn)，鉿基高介電柵極材料具有較高的介電常數(shù)和結(jié)晶溫度，穩(wěn)定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及較小的漏電流和及頻散依賴(lài)，并且與硅襯底有優(yōu)越的界面特性。HfTiO，HfLaOx，HfAlOx，HfSiOx, H

2、fON,HfTiON，HfGdO等高K柵介質(zhì)由于其獨(dú)特的物性而受到微電子界的青睞，其中，TiO2摻雜的HfO2柵介質(zhì)薄膜成為研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。因?yàn)門(mén)iO2具有很高的介電常數(shù)(～80)，所以TiO2的摻入能夠顯著地減小薄膜的等效氧化層厚度(EOT)，有效的抑制漏電流?；谠摫尘?，我們圍繞鉿基高介電柵介質(zhì)材料的光學(xué)、電學(xué)及界面特性開(kāi)展了系統(tǒng)的研究。主要的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新主要如下:
　　一、研究了不同濃度的TiO2摻雜對(duì)鉿基高介電柵介質(zhì)材

3、料的的光學(xué)，電學(xué)以及微觀結(jié)構(gòu)的影響，并獲取了最佳TiO2摻雜濃度。
　　二、研究了退火溫度對(duì)HfTiO薄膜電學(xué)特性的影響，探究了高K柵介質(zhì)中漏電流的主要導(dǎo)通機(jī)理。結(jié)果表明樣品在400℃退火可以得到較少的電荷缺陷并且能夠顯著地降低柵極漏流的產(chǎn)生。
　　三、研究了Ti、N共摻對(duì)鉿基柵介質(zhì)薄膜的結(jié)晶溫度、界面特性的調(diào)控。結(jié)果表明摻N有效提升了薄膜結(jié)晶溫度，抑制了缺陷產(chǎn)生和界面層的生長(zhǎng)。
　　四、研究了HfTiO-HfGdO和