高性能亚100nm栅长氮氧叠层栅介质难熔W/TiN金属栅电极CMOS器件

在国内首次将等效氧化层厚度为1.7nm的N/O叠层栅介质技术与W/TiN金属栅电极技术结合起来,用于栅长为亚100nm的金属栅CMOS器件的制备.为抑制短沟道效应并提高器件驱动能力,采用的关键技术主要包括:1.7nm N/O叠层栅介质,非CMP平坦化技术,T型难熔W/TiN金属叠层栅电极,新型重离子超陡倒掺杂沟道剖面技术以及双侧墙技术.成功地制备了具有良好的短沟道效应抑制能力和驱动能力的栅长为95nm的金属栅CMOS器件.在VDS=±1.5V,VGS=±1.8V下,nMOS和pMOS的饱和驱动电流分别为679和-327μA/μm.nMOS的亚阈值斜率,DIBL因子以及阈值电压分别为84.46mV/dec,34.76mV/V和0.26V.pMOS的亚阈值斜率,DIBL因子以及阈值电压分别为107.4mV/dec,54.46mV/V和0.27V.结果表明,这种结合技术可以完全消除B穿透现象和多晶硅耗尽效应,有效地降低栅隧穿漏电并提高器件可靠性.     

高k栅介质/金属栅结构CMOS器件的等效氧化层厚度控制技术

随着CMOS器件特征尺寸的不断缩小,绝缘栅介质层也按照等比例缩小的原则变得越来越薄,由此而产生的栅漏电流增大和可靠性降低等问题变得越来越严重。传统的SiO2栅介质材料已不能满足CMOS器件进一步缩小的需要,而利用高介电常数栅介质(高k)取代SiO2已成为必然趋势。综述了国内外对纳米尺度CMOS器件高k栅介质的等效氧化层厚度(EOT)控制技术的一些最新研究成果,并结合作者自身的工作介绍了EOT缩小的动因、方法和展望。     

超薄高k栅介质Ge-pMOSFET的电特性研究

采用MEDICI模拟器,对高k栅介质Ge-pMOSFET的电特性进行了研究.通过考虑短沟道效应和边缘场效应,着重分析了栅介质介电常数、氧化物固定电荷密度以及沟道长度等对器件阈值电压和亚阈斜率的影响,研究认为:为获得优良的电性能,栅介质的k值需小于50,固定电荷面密度至少应在1.0×1012 cm-2以下.     

高k栅介质材料的研究进展

综述了超薄SiO2栅介质层引起的问题、MOS栅介质层材料的要求、有希望取代传统SiO2的高k栅介质材料的研究进展.提出了高k栅介质材料研究中需进一步解决的问题.     

HfO2高k栅介质等效氧化层厚度的提取

分两步提取了HfO2高k栅介质等效氧化层厚度(EOT).首先,根据MIS测试结构等效电路,采用双频C-V特性测试技术对漏电流和衬底电阻的影响进行修正,得出HfO2高k栅介质的准确C-V特性.其次,给出了一种利用平带电容提取高k介质EOT的方法,该方法能克服量子效应所产生的反型层或积累层电容的影响.采用该两步法提取的HfO2高k栅介质EOT与包含量子修正的Poisson方程数值模拟结果对比,误差小于5%,验证了该方法的正确性.     

金属栅/高k基FinFET研究进展

对比传统的平面型晶体管,总结了三维立体结构FinFET器件的结构特性。结合MOS器件栅介质材料研究进展,分别从纯硅基、多晶硅/高k基以及金属栅/高k基三个阶段综述了Fin-FET器件的发展历程,分析了各阶段FinFET器件的材料特性及其在等比缩小时所面临的关键问题,并着重从延迟时间、可靠性和功耗三方面分析了金属栅/高k基FinFET应用于22 nm器件的性能优势。基于短沟道效应以及界面态对器件性能的影响,探讨了FinFET器件尺寸等比缩小可能产生的负面效应及其解决办法。分析了FinFET器件下一步可能的发展方向,主要为高迁移率沟道材料、立体型栅结构以及基于新原理的电子器件。     

恒压应力下超薄Si_3N_4/SiO_2叠层栅介质与SiO_2栅介质寿命比较

以等效氧化层厚度(EOT)同为2.1nm的纯SiO2栅介质和Si3N4/SiO2叠层栅介质为例,给出了恒定电压应力下超薄栅介质寿命预测的一般方法,并在此基础上比较了纯SiO2栅介质和Si3N4/SiO2叠层栅介质在恒压应力下的寿命.结果表明,Si3N4/SiO2叠层栅介质比同样EOT的纯SiO2栅介质有更长的寿命,这说明Si3N4/SiO2叠层栅介质有更高的可靠性.     

恒压应力下超薄Si3N4/SiO2叠层栅介质与SiO2栅介质寿命比较

以等效氧化层厚度(EOT)同为2.1nm的纯SiO2栅介质和Si3N4/SiO2叠层栅介质为例,给出了恒定电压应力下超薄栅介质寿命预测的一般方法,并在此基础上比较了纯SiO2栅介质和Si3N4/SiO2叠层栅介质在恒压应力下的寿命.结果表明,Si3N4/SiO2叠层栅介质比同样EOT的纯SiO2栅介质有更长的寿命,这说明Si3N4/SiO2叠层栅介质有更高的可靠性.     

通过多次淀积多次退火与Ti吸氧技术相结合来改善后栅工艺中高k金属栅的性能

本文的原子层淀积（ALD） HfO2薄膜采用新颖的多次淀积多次退火（MDMA）技术进行制备,并在有Ti吸氧层和没有Ti吸氧层两种情况下分别进行性能研究。 与传统的一次淀积一次退火相比,采用多次淀积多次退火后的器件漏电明显减小,同时,等效氧化层厚度（EOT）也被Ti吸氧层有效控制。器件性能的提升与淀积和退火次数密切相关（在保持总介质层厚度相同的情况下）。透射电子显微镜（TEM）和能量色散X射线光谱（EDX）分析表明,氧同时注入高k（HK）薄膜和中间层（IL）很可能是导致器件性能提升的主要原因。因此在后栅工艺中MDMA技术是一种改善栅极特性的有效方法。     

氮注入多晶硅栅对超薄SiO_2栅介质性能的影响

p+ 多晶硅栅中的硼在 Si O2 栅介质中的扩散会引起栅介质可靠性退化 ,在多晶硅栅内注入 N+ 的工艺可抑制硼扩散 .制备出栅介质厚度为 4 .6 nm的 p+栅 MOS电容 ,通过 SIMS测试分析和 I- V、C- V特性及电应力下击穿特性的测试 ,观察了多晶硅栅中注 N+工艺对栅介质性能的影响 .实验结果表明 :在多晶硅栅中注入氮可以有效抑制硼扩散 ,降低了低场漏电和平带电压的漂移 ,改善了栅介质的击穿性能 ,但同时使多晶硅耗尽效应增强、方块电阻增大 ,需要折衷优化设计 .     

Electrical Properties of Ultra Thin Nitride/Oxynitride Stack Dielectrics pMOS Capacitor with Refractory Metal Gate

Electrical properties of high quality ultra thin nitride/oxynitride（N/O）stack dielectrics pMOS capacitor with refractory metal gate electrode are investigated，and ultra thin (＜2 nm＝ N/O stack gate dielectrics with significant low leakage current and high resistance to boron penetration are fabricated.Experiment results show that the stack gate dielectric of nitride/oxynitride combined with improved sputtered tungsten/titanium nitride (W/TiN) gate electrode is one of the candidates for deep sub-micron metal gate CMOS devices.     

A High Performance Sub-100nm Nitride/Oxynitride Stack Gate Dielectric CMOS Device with Refractory W/TiN Metal Gates

在国内首次将等效氧化层厚度为1.7nm的N/O叠层栅介质技术与W/TiN金属栅电极技术结合起来,用于栅长为亚100nm的金属栅CMOS器件的制备.为抑制短沟道效应并提高器件驱动能力,采用的关键技术主要包括:1.7nm N/O叠层栅介质,非CMP平坦化技术,T型难熔W/TiN金属叠层栅电极,新型重离子超陡倒掺杂沟道剖面技术以及双侧墙技术.成功地制备了具有良好的短沟道效应抑制能力和驱动能力的栅长为95nm的金属栅CMOS器件.在VDS=±1.5V,VGS=±1.8V下,nMOS和pMOS的饱和驱动电流分别为679和-327μA/μm.nMOS的亚阈值斜率,DIBL因子以及阈值电压分别为84.46mV/dec,34.76mV/V和0.26V.pMOS的亚阈值斜率,DIBL因子以及阈值电压分别为107.4mV/dec,54.46mV/V和0.27V.结果表明,这种结合技术可以完全消除B穿透现象和多晶硅耗尽效应,有效地降低栅隧穿漏电并提高器件可靠性.     

超薄Si3N4/SiO2叠层栅介质可靠性研究

实验成功地制备出等效氧化层厚度为亚2nm的Nitride/Oxynitride(N/O)叠层栅介质难熔金属栅电极PMOS电容并对其进行了可靠性研究.实验结果表明相对于纯氧栅介质而言,N/O叠层栅介质具有更好的抗击穿特性,应力诱生漏电特性以及TDDB特性.进一步研究发现具有更薄EOT的难熔金属栅电极PMOS电容在TDDB特性以及寿命等方面均优于多晶硅栅电极的相应结构.     

HfO2高k栅介质等效氧化层厚度的提取

分两步提取了HfO2高k栅介质等效氧化层厚度(EOT).首先,根据MIS测试结构等效电路,采用双频C-V特性测试技术对漏电流和衬底电阻的影响进行修正,得出HfO2高k栅介质的准确C-V特性.其次,给出了一种利用平带电容提取高k介质EOT的方法,该方法能克服量子效应所产生的反型层或积累层电容的影响.采用该两步法提取的HfO2高k栅介质EOT与包含量子修正的Poisson方程数值模拟结果对比,误差小于5%,验证了该方法的正确性.     

反应溅射法制备耐熔金属氮化物/GaAs肖特基结

自对准GaAs场效应晶体管工艺要求非常稳定的材料作为栅电极,经高温退火过程后它仍必须与衬底保持良好的肖特基接触。本文总结了近几年来有关耐熔金属氮化物/GaAs肖特基结的研究工作,对取得的进展及存在的问题进行了讨论。     

超薄Si3N4/SiO2（N/O）stack栅介质及器件

成功制备了EOT(equivalent oxide thickness)为2.1nm的Si3N4/SiO2(N/O) stack栅介质,并对其性质进行了研究．结果表明，同样EOT的Si3N4/SiO2 stack栅介质和纯SiO2栅介质比较，前者在栅隧穿漏电流、抗SILC性能、栅介质寿命等方面都远优于后者．在此基础上,采用Si3N4/SiO2 stack栅介质制备出性能优良的栅长为0.12μｍ的CMOS器件，器件很好地抑制了短沟道效应．在Vds=Vgs=±1.5V下，nMOSFET和pMOSFET对应的饱和电流Ion分别为584.3μA/μｍ和－281.3μA/μｍ，对应Ioff分别是8.3nA/μｍ和－1.3nA/μｍ．