InGaAs高遷移率MOS器件界面與可靠性研究.pdf

1、高K柵介質(zhì)的引入是推動(dòng)摩爾定律繼續(xù)前行的重要手段，同時(shí)具備高電子遷移率的III-V族半導(dǎo)體對于n型溝道金屬氧化物半導(dǎo)體器件是很有潛力的襯底材料。但是高K柵介質(zhì)/III-V族半導(dǎo)體界面之間存在較高的界面態(tài)密度（Dit）會(huì)導(dǎo)致溝道層的遷移率明顯降低從而導(dǎo)致MOSFET器件性能退化明顯。同時(shí)對于高K柵介質(zhì)/III-V族半導(dǎo)體器件的可靠性問題評(píng)估，尤其對于正偏壓溫度不穩(wěn)定性（PBTI）帶來的可靠性問題方面的研究，目前國內(nèi)外研究成果很少，相關(guān)的報(bào)

2、道也不多。本文主要圍繞這兩個(gè)問題進(jìn)行一系列研究，主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)通過優(yōu)化 InP襯底表面清洗方法的以及表面鈍化方法，采用原子層沉積(ALD)生產(chǎn)高K柵介質(zhì)薄膜工藝，系統(tǒng)研究不同柵金屬不同金屬化后退火(PMA)溫度，以及相同退火條件下的不同電極對InP基MOS電容的Dit、頻散、滯洄電壓以及柵漏電流的影響，研究結(jié)果表明在PMA250℃，柵金屬為Al時(shí)，InP基MOS電容具有最低界面態(tài)，其Dit＜2E11cm2ev-1。

3、
　　(2)開展了InP襯底的不同柵介質(zhì)結(jié)構(gòu)和不同功函數(shù)柵金屬系統(tǒng)的研究，通過選取Al2O3和HfO2的不同柵介質(zhì)結(jié)構(gòu)以及選擇不同的柵金屬，研究結(jié)果表明采用Al2O3和 HfO2的柵介質(zhì)結(jié)構(gòu)和金屬 Au作為柵金屬可以明顯減低 EOT和柵漏電，EOT＜1.5nm時(shí)，柵漏電流密度在VFB+1V＜1E-2A/cm2。
　　(3)開展了Al2O3柵介質(zhì)的InGaAs埋溝道器件在中場應(yīng)力2.7 MV/cm和強(qiáng)場應(yīng)力5.0 MV/cm下

4、的的正向應(yīng)力下的可靠性進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明在中場應(yīng)力下，在開態(tài)區(qū)和亞閾值區(qū)ΔVg為正值，在高場應(yīng)力下，在亞閾值區(qū)ΔVg為負(fù)值，在開態(tài)區(qū)ΔVg為正值。InGaAs埋溝道器件在中場下，主要產(chǎn)生可復(fù)合的受主界面態(tài)和固定的受主界面態(tài)，而在強(qiáng)場應(yīng)力下，在亞閾值斜率區(qū)ΔVg的左向漂移原因是施主界面態(tài)起到主要作用，實(shí)驗(yàn)證明施主界面態(tài)可以完全復(fù)合。
　　(4)對InGaAs MOSFET器件制備工藝開展了深入研究，包括凹柵槽工藝、臺(tái)面隔離工藝和

5、歐姆接觸工藝等多項(xiàng)關(guān)鍵工藝方面的研究。制備柵長為100nm兩種結(jié)構(gòu)的 InGaAs埋溝道器件，通過器件的電學(xué)性能測試。器件性能指標(biāo)優(yōu)異。Al2O3為柵介質(zhì)的器件電學(xué)性能：Idsmax=190μA/μm，SSmin=83mV/dec，gmax=364mS/mm，Ion/Ioff=105，Ioff=0.06nA/μm。Al2O3/HfO2/Al2O3為柵介質(zhì)的器件電學(xué)性能：Idsmax=320μA/μm，SSmin=85mV/dec，gma