面向14nm节点PMOSFET的EOT减小方法研究
发布时间：2020-05-21 17:40
【摘要】：随着纳米器件特征尺寸进入到45nm及以下技术节点,为解决栅氧化层Si02的厚度过薄而引发的器件可靠性降低,栅极泄漏电流(Ig)显著增大等问题,高k金属栅结构取代传统的SiO_2多晶硅结构成为业界的研究热点之一。在众多高k备选材料中,HfO_2高k栅介质材料成为研究重点,随着器件尺寸的进一步微缩,为了抑制短沟道效应,提高器件的栅控能力,需要不断地减小等效氧化层的厚度(EOT)。本文主要从以下三个方面展开研究,以探求减小高K金属栅结构PMOSFET EOT的最优工艺并分析其机理。1.Hf基高k栅介质的退火工艺研究:本内容旨在通过退火工艺改善铪基高k栅介质的薄膜质量从而降低EOT。本文分别在O_2和N2退火环境下对ALD制备的Hf基高k栅介质退火。实验结果表明,O_2和N2退火均可减少HfO_2中的缺陷,但O_2退火温度大于等于650℃时,界面层明显增厚导致EOT增大,这主要是由于过量的氧引起界面层的增长。与O_2退火相比,N2退火具有更大的温度控制工艺窗口。2.掺A1的Hf基栅介质退火工艺研究:为解决纯净HfO_2栅极泄漏电流过大的问题,向Hf02中掺入少量A1,并通过N2退火改善高k介质层质量。实验发现,掺A1可以改变HfO_2栅介质的晶相,提高高k栅介质的k值,从而降低EOT,满足14/16nm技术节点要求。3.TiN厚度对EOT的影响:ALD制备的TiN不仅可以作为金属栅与高k栅介质之间的阻挡层,而且有吸氧作用。TiN的生长方式及物理厚度对EOT有一定的影响,本实验通过制备不同厚度的TiN(1-5nm),综合分析MOSCAP的电学特性,最终得出TiN的最佳物理厚度为2nm。
【图文】：
第一章绪论逡逑由于栅氧化层Ｓｉ0２过薄，使得栅极泄漏电流密度难以维持在合适范围内，逡逑氮氧化桂（ＳｉＯｘＮｙ）代替Ｓｉ0２成为新的栅极电介质（图１－２）。ＳｉＯｘＮｙ的介电逡逑常数比Ｓｉ０２要高，对于相同的栅极电容，，ＳｉＯｘＮｙ栅极电介质的物理厚度要更厚，逡逑从而获得比Ｓｉ０２更低的栅极漏电流。从图１－２中还可以看出，从２００１年到２００８逡逑年期间，栅氧化层的厚度的微缩受到限制，无法进一步减小，ＥＯＴ的值一直保逡逑持在ｌ．ｌｎｍ左右。逡逑１０００邋ｆ——＾逦１逦，逦＝邋１０００逡逑＾邋＾逦＾邋Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ邋＝逡逑§邋１0：逡逑Ｓｃａｌｉｎｇ邋ｌｉｍｉｔ邋／逦人、逡逑：逦ｏｆ邋ＳｉＯＮ逦／逡逑Ｓｃａｌｉｎｇ邋ｕｓｉｎｇ邋＼逡逑ｈｉｇｈ－ｋ邋ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ逡逑１逦ｉ邋v徨澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄濉鲥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鲥澹殄澹殄澹殄迥溴澹殄澹殄危卞义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义希校酰猓欤椋悖幔簦椋铮铄澹澹幔蝈义贤迹保苍诠サ奈甯黾际踅诘阒校ぜ趸锖穸却樱埃保肝⒚椎剑叮的擅捉诘愕乃醴徘魇疲郏罚蒎义洗樱矗担睿斫诘憧迹撸苏そ橹什牧辖氪蠹业氖酉撸车模樱椋埃捕嗑Ч鹫そ徨义瞎贡桓撸苏そ橹式鹗粽そ峁梗ǎ龋椋纾桢澹脲澹停澹簦幔戾澹纾幔簦澹┧〈郏保福荨Ｍü敫撸苏そ橹叔义喜牧希龃罅苏そ橹实奈锢砗穸龋佣行У丶跣≌ぜ孤┑缌鳎郏保梗荨Ｊ褂媒榈绯ｅ义鲜叩牟牧洗娲车恼そ橹
本文编号：2674660
【图文】：
第一章绪论逡逑由于栅氧化层Ｓｉ0２过薄，使得栅极泄漏电流密度难以维持在合适范围内，逡逑氮氧化桂（ＳｉＯｘＮｙ）代替Ｓｉ0２成为新的栅极电介质（图１－２）。ＳｉＯｘＮｙ的介电逡逑常数比Ｓｉ０２要高，对于相同的栅极电容，，ＳｉＯｘＮｙ栅极电介质的物理厚度要更厚，逡逑从而获得比Ｓｉ０２更低的栅极漏电流。从图１－２中还可以看出，从２００１年到２００８逡逑年期间，栅氧化层的厚度的微缩受到限制，无法进一步减小，ＥＯＴ的值一直保逡逑持在ｌ．ｌｎｍ左右。逡逑１０００邋ｆ——＾逦１逦，逦＝邋１０００逡逑＾邋＾逦＾邋Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎｓ邋＝逡逑§邋１0：逡逑Ｓｃａｌｉｎｇ邋ｌｉｍｉｔ邋／逦人、逡逑：逦ｏｆ邋ＳｉＯＮ逦／逡逑Ｓｃａｌｉｎｇ邋ｕｓｉｎｇ邋＼逡逑ｈｉｇｈ－ｋ邋ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ逡逑１逦ｉ邋v徨澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄澹殄濉鲥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鲥澹殄澹殄澹殄迥溴澹殄澹殄危卞义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义希校酰猓欤椋悖幔簦椋铮铄澹澹幔蝈义贤迹保苍诠サ奈甯黾际踅诘阒校ぜ趸锖穸却樱埃保肝⒚椎剑叮的擅捉诘愕乃醴徘魇疲郏罚蒎义洗樱矗担睿斫诘憧迹撸苏そ橹什牧辖氪蠹业氖酉撸车模樱椋埃捕嗑Ч鹫そ徨义瞎贡桓撸苏そ橹式鹗粽そ峁梗ǎ龋椋纾桢澹脲澹停澹簦幔戾澹纾幔簦澹┧〈郏保福荨Ｍü敫撸苏そ橹叔义喜牧希龃罅苏そ橹实奈锢砗穸龋佣行У丶跣≌ぜ孤┑缌鳎郏保梗荨Ｊ褂媒榈绯ｅ义鲜叩牟牧洗娲车恼そ橹
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