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.     

HfO2高K栅介质薄膜的电学特性研究

研究了高 K(高介电常数 )栅介质 Hf O2 薄膜的制备工艺 ,制备了有效氧化层厚度为 2 .9nm的超薄MOS电容。对电容的电学特性如 C-V特性 ,I-V特性 ,击穿特性进行了测试。实验结果显示 :Hf O2 栅介质电容具有良好的 C-V特性 ,较低的漏电流和较高的击穿电压。因此 ,Hf O2 栅介质可能成为 Si O2 栅介质的替代物。     

超薄HfO2高K栅介质薄膜的软击穿特性

研究了高K(高介电常数)栅介质HfO2薄膜的制备工艺,制备了有效氧化层厚度为2.9nm的超薄MOS电容。当栅氧化层很薄时会发生软击穿现象,软击穿和通常的硬击穿是不同的现象。分别利用在栅介质上加恒流应力和恒压应力两种方法研究了HfO2薄膜的击穿特性,实验结果表明,在两种应力方式下HfO2栅介质均发生了软击穿现象,软击穿和硬击穿的机理不同。     

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。     

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.     

高k HfLaO栅介质MoS2晶体管的性能研究

比较研究了HfO₂与HfLaO栅介质多层MoS₂场效应晶体管。实验结果表明,与HfO₂栅介质MoS₂晶体管相比,HfLaO栅介质MoS₂晶体管表现出更优的电性能。电流开关比高达1×10⁸,亚阈斜率低至76 mV/dec,界面态密度低至1.1×10¹² cm-2·eV-1,载流子场效应迁移率高达1×10⁹ cm²·V-1·s-1。性能改善的原因在于镧(La)对HfO₂的掺杂形成HfLaO化合物,减小栅介质薄膜的表面粗糙度,降低缺陷电荷密度,改善了栅介质/沟道界面特性,从而减小了界面态密度,抑制了库仑散射和界面粗糙散射。最终,提高了多层MoS₂晶体管的场效应迁移率,改善了晶体管的亚阈特性。     

高k HfO2栅介质淀积后退火工艺研究

研究了淀积后退火(PDA)工艺(包括退火环境和退火温度)对高介电常数(k)HfO2栅介质MOS电容(MOSCAP)电学特性的影响.通过对比O2和N2环境中,不同退火温度下的HfO2栅介质MOSCAP的C-V曲线发现,高kHfO2栅介质在N2环境中退火时具有更大的工艺窗口.通过对HfO2栅介质MOSCAP的等效氧化层厚度(dEOT)、平带电压(Vfb)和栅极泄漏电流(Ig)等参数进一步分析发现,与O2环境相比,高kHfO2栅介质在N2环境中PDA处理时dEOT和Ig更小、Vfb相差不大,更适合纳米器件的进一步微缩.HfO2栅介质PDA处理的最佳工艺条件是在N2环境中600℃下进行.该优化条件下高kHfO2栅介质MOSCAP的dEOT=0.75 nm,Vnb=0.37 V,Ig=0.27 A/cm2,满足14或16 nm技术节点对HfO2栅介质的要求.     

超薄HfN界面层对HfO2栅介质Ge pMOSFET电性能的改进

通过在高k介质和Ge表面引入一层超薄HfN界面层,实验制备了HfO2/HfON叠层栅介质Ge MOS器件。与没有界面层的样品相比,HfO2/HfON叠层栅介质MOSFET表现出低的界面态密度、低的栅极漏电和高有效迁移率。因此利用HfON作为Ge MOS器件的界面钝化层对于获得小的等效氧化物厚度和高的high-k/Ge界面质量有着重要的意义。     

高k材料用作纳米级MOS晶体管栅介质薄层(上)

随着45 nm和32 nm技术节点的来临,传统的SiO2作为栅介质薄膜材料的厚度需缩小到1 nm之下,材料的绝缘性、可靠性等受到了极大的挑战,已不能满足技术发展的要求.高k材料成为代替SiO2作为栅介质薄层材料的不错选择,但是大多数高k材料是离子金属氧化物,其基本物理和材料特性导致产生很多不可靠因素.从高k材料的基本物理和材料特性角度,回顾了高k材料代替SiO2用作纳米级MOS晶体管栅介质薄层时产生的主要不可靠因素及根本原因.     

外延CeO2高k栅介质层的结构及介电性能

利用脉冲激光沉积两步生长法在Si(111)衬底上制备了厚度为10～40nm的外延CeO<,2>薄膜,构建了Pt/CeO<,2>/Si MOS结构.研究了CeO<,2>薄膜的界面及介电性能,实验发现,界面处存在的电荷对MOS结构C-V特性的测量有较大影响,采用两步生长法制备的外延CeO<,2>薄膜在保持较大介电常数的同时...     

HfO2 Gate Dielectrics for Future Generation of CMOS Device Application

The material and electrical properties of HfO2 high-k gate dielectric are reported.In the first part,the band alignment of HfO2 and (HfO2)x(Al2O3)1-x to (100)Si substrate and their thermal stability are studied by X-ray photoelectron spectroscopy and TEM.The energy gap of (HfO2)x(Al2O3)1-x,the valence band offset,and the conduction band offset between (HfO2)x(Al2O3)1-x and the Si substrate as functions of x are obtained based on the XPS results.Our XPS results also demonstrate that both the thermal stability and the resistance to oxygen diffusion of HfO2 are improved by adding Al to form Hf aluminates.In the second part,a thermally stable and high quality HfN/HfO2 gate stack is reported.Negligible changes in equivalent oxide thickness (EOT),gate leakage,and work function (close to Si mid-gap) of HfN/HfO2 gate stack are demonstrated even after 1000℃ post-metal annealing(PMA),which is attributed to the superior oxygen diffusion barrier of HfN as well as the thermal stability of the HfN/HfO2 interface.Therefore,even without surface nitridation prior to HfO2 deposition,the EOT of HfN/HfO2 gate stack has been successfully scaled down to less than 1nm after 1000℃ PMA with excellent leakage and long-term reliability.The last part demonstrates a novel replacement gate process employing a HfN dummy gate and sub-1nm EOT HfO2 gate dielectric.The excellent thermal stability of the HfN/HfO2 gate stack enables its use in high temperature CMOS processes.The replacement of HfN with other metal gate materials with work functions adequate for n- and p-MOS is facilitated by a high etch selectivity of HfN with respect to HfO2,without any degradation to the EOT,gate leakage,or TDDB characteristics of HfO2.     

先进的Hf基高k栅介质研究进展

随着CMOS器件特征尺寸的不断缩小,SiO2作为栅介质材料已不能满足集成电路技术高速发展的需求,利用高k栅介质取代SiO2栅介质成为微电子技术发展的必然.但是,被认为最有希望替代SiO2的HfO2由于结晶温度低等缺点,很难集成于现有的CMOS工艺中,新型Hf基高k栅介质的研究成为当务之急.据报道,在HfO2中引入N、Si、Al和Ta可大大改善其热力学稳定性,由此形成的高k栅介质具有优良的电学特性,基本上满足器件的要求.本文综述了这类先进的Hf基高k栅介质材料的最新研究进展.     

恒电流应力引起HfO_2栅介质薄膜的击穿特性

利用磁控溅射的方法在p- Si上制备了高k(高介电常数)栅介质Hf O2薄膜的MOS电容,对薄栅氧化层电容的软击穿和硬击穿特性进行了实验研究.利用在栅极加恒电流应力的方法研究了不同面积Hf O2 薄栅介质的击穿特性以及击穿对栅介质的I- V特性和C- V特性的影响.实验结果表明薄栅介质的击穿过程中有很明显的软击穿现象发生,与栅氧化层面积有很大的关系,面积大的电容比较容易发生击穿.分析比较了软击穿和硬击穿的区别,并利用统计分析模型对薄栅介质的击穿机理进行了解释     

超薄SiO_2栅介质厚度提取与分析

在分析半经典模型和量子模型的基础上,得到包括量子效应和多晶硅耗尽效应的栅氧厚度提取模型.栅介质厚度模拟结果和椭偏仪所测实验结果吻合良好.     

HfO2 Gate Dielectrics for Future Generation of CMOS Device Application

Introduction High- k gate dielectrics have been extensivelystudied as alternates to conventional gate oxide( Si O2 ) due to the aggressive downscaling of Si O2thickness in CMOS devices,and hence the exces-sive gate leakage.Hf O2 has emerged as one...     

HfO_2高k栅介质漏电流机制和SILC效应

利用室温下反应磁控溅射的方法在 p- Si(1 0 0 )衬底上制备了 Hf O2 栅介质层 ,研究了 Hf O2 高 k栅介质的电流传输机制和应力引起泄漏电流 (SIL C)效应 .对 Hf O2 栅介质泄漏电流输运机制的分析表明 ,在电子由衬底注入的情况下 ,泄漏电流主要由 Schottky发射机制引起 ,而在电子由栅注入的情况下 ,泄漏电流由 Schottky发射和 Frenkel-Poole发射两种机制共同引起 .通过对 SIL C的分析 ,在没有加应力前 Hf O2 / Si界面层存在较少的界面陷阱 ,而加上负的栅压应力后在界面处会产生新的界面陷阱 ,随着新产生界面陷阱的增多 ,这时在衬底注入的情况下 ,电流传     

离子束增强沉积法制备二氧化铪薄膜

利用离子束增强沉积(IBED)技术在硅衬底上沉积得到50nm的二氧化铪薄膜.卢瑟福背散射(RBS)的结果指出样品表面有过量氧元素存在.X射线光电子能谱(XPS)显示退火前后薄膜内部化学键没有变化.透射电子显微镜(TEM)表明界面处有非晶铪氧硅化合物生成.电子衍射(ED)显示所制备的二氧化铪薄膜呈现长程无序、区域有序的多晶态.实验为HfO2作为高k电介质在集成电路制造中的应用提供了一种简单有效的方法.