SiGe材料界面钝化研究新进展
发布时间：2021-07-20 07:43
指出锗硅高迁移率材料与高k栅介质之间界面接触存在问题,并介绍了能够优化界面的方法,即钝化工艺。总结了目前针对锗硅材料的四种钝化工艺,即硫化处理、氮化处理、硅帽层和氧化处理。与其他三种钝化工艺相比,氧钝化工艺不仅可以得到最低的界面态密度,而且对载流子迁移率和器件驱动性能影响最小。详细介绍了三种氧钝化工艺,包括等离子体氧化、高压氧化和臭氧氧化。其中,高k介质淀积后的臭氧氧化方案不仅可以在低温条件下形成高质量的界面层,还具有原位性和各向同性等特性,符合7/5 nm工艺技术节点三维器件集成技术的要求。最后对钝化工艺的发展趋势进行了展望。
【文章来源】：微纳电子技术. 2020,57(11)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
界面态密度和相对于价带边缘能量的关系[13]
在2013年，J.H.Han等人[14]在SiGe材料上先淀积一薄层Al2O3，然后采用N2作气体源的N等离子体对SiGe氮化进行了研究，其Dit与等效氧化层厚度（dEOT）的关系曲线如图3[14]所示（图中d1st-Al2O3和d2nd-Al2O3分别为第一层和第二层Al2O3薄膜的厚度）。可见，该方案获得的Dit仅约为3×1011 cm-2·eV-1，而dEOT仅增加0.2～0.3 nm。这是由于通过以N2为气体源的N等离子体钝化可以有效限制Ge在SiGe表面上聚集，并且预先淀积一层Al2O3层，可以降低等离子对SiGe界面造成的损伤。另外，较高的功率条件下Dit显著增加主要是由于Al2O3层太薄，等离子体处理造成了SiGe薄膜的损伤引起的。虽然温度相对较低的高k材料淀积后等离子体氮化处理工艺可以在平面器件上获得较好的Dit，但对FinFET或堆叠纳米片等三维器件来说，等离子体钝化的方法很难保证钝化的均匀性。
2010年，Intel公司将Si帽层技术应用于Ge量子阱晶体管（QWFET）中[20]，图4为该器件的载流子迁移率与反型层空穴密度的关系曲线。可见，与没有Si帽层相比，Si帽层可以使Dit有效降低到1.8×1011～9×1011 cm-2·eV-1水平，载流子迁移率提升5～10倍。另外，尽管1.4 nm Si帽层的界面特性好于0.6 nm Si帽层，但载流子的迁移率却显著降低，这主要是由于相对较厚的Si帽层分压增加所致。此外，2018年，GF公司[21]通过在Ge原子数分数为20%的SiGe Fin上生长Si外延层的方案实现了应用Si帽层钝化在SiGe器件的基础上构造集成电路，其Dit自未使用Si帽层的9×1011 cm-2·eV-1降低至使用Si帽层技术的2×1011 cm-2·eV-1，如图5[21]所示（星标是使用Si帽层），性能的提高是由于移动性和短信道效应的改善所致。
本文编号：3292419
【文章来源】：微纳电子技术. 2020,57(11)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
界面态密度和相对于价带边缘能量的关系[13]
在2013年，J.H.Han等人[14]在SiGe材料上先淀积一薄层Al2O3，然后采用N2作气体源的N等离子体对SiGe氮化进行了研究，其Dit与等效氧化层厚度（dEOT）的关系曲线如图3[14]所示（图中d1st-Al2O3和d2nd-Al2O3分别为第一层和第二层Al2O3薄膜的厚度）。可见，该方案获得的Dit仅约为3×1011 cm-2·eV-1，而dEOT仅增加0.2～0.3 nm。这是由于通过以N2为气体源的N等离子体钝化可以有效限制Ge在SiGe表面上聚集，并且预先淀积一层Al2O3层，可以降低等离子对SiGe界面造成的损伤。另外，较高的功率条件下Dit显著增加主要是由于Al2O3层太薄，等离子体处理造成了SiGe薄膜的损伤引起的。虽然温度相对较低的高k材料淀积后等离子体氮化处理工艺可以在平面器件上获得较好的Dit，但对FinFET或堆叠纳米片等三维器件来说，等离子体钝化的方法很难保证钝化的均匀性。
2010年，Intel公司将Si帽层技术应用于Ge量子阱晶体管（QWFET）中[20]，图4为该器件的载流子迁移率与反型层空穴密度的关系曲线。可见，与没有Si帽层相比，Si帽层可以使Dit有效降低到1.8×1011～9×1011 cm-2·eV-1水平，载流子迁移率提升5～10倍。另外，尽管1.4 nm Si帽层的界面特性好于0.6 nm Si帽层，但载流子的迁移率却显著降低，这主要是由于相对较厚的Si帽层分压增加所致。此外，2018年，GF公司[21]通过在Ge原子数分数为20%的SiGe Fin上生长Si外延层的方案实现了应用Si帽层钝化在SiGe器件的基础上构造集成电路，其Dit自未使用Si帽层的9×1011 cm-2·eV-1降低至使用Si帽层技术的2×1011 cm-2·eV-1，如图5[21]所示（星标是使用Si帽层），性能的提高是由于移动性和短信道效应的改善所致。
本文编号：3292419
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