表面預處理對集成Al-,2-O-,3-高K柵介質影響的研究.pdf

1、隨著器件尺寸的進一步縮小，柵介質正變得越來越薄，由于隧穿效應引起的柵介質漏電流將急劇上升。為了抑制柵漏電流，高介電常數(high-k)柵介質將取代傳統(tǒng)的SiON柵介質。而原子層淀積(ALD)工藝技術由于其精確的厚度控制，在高k柵介質的集成工藝上倍受青睞。然而實驗表明，在原子層淀積high-k柵介質過程中會形成一層較厚的界面層(-lnm)。而根據ITRS預測，在45nm工藝節(jié)點柵介質的等效厚度(EOT)將小于lnm；因此研究如何有效抑制界

2、面層生長已成為high-k集成中的一大挑戰(zhàn)。本文主要研究了兩種表面處理工藝：表面TMA處理和表面氮化處理，論文主要內容歸納為以下三個部分： 1.論文研究了表面TMA處理和表面氮化處理對原子層淀積A1203薄膜的熱穩(wěn)定性、電學特性的影響，并分析了不同表面處理對電容器件C-V滯回特性影響的原因。 從HRTEM照片上證實：表面TMA處理的確有效抑制了界面層的生長：表面氮化處理在Si表面形成了一層厚-0．5nm的SiON，也有效

3、抑制了在薄膜淀積過程中界面層的再生長。 實驗發(fā)現，界面層減薄后電容器件的C-V滯回明顯增加；基于電容瞬態(tài)掃描(C-t)，提出了“淺能級陷阱”模型成功解釋了兩種表面處理工藝下的滯回差異。 2.為深入了解表面TMA處理的作用，論文研究了表面TMA處理抑制界面層生長的機理。 基于X射線光電子能譜(XPS)分析，提出了“界面Al催化效應，，與“位阻效應”結合的機制，成功解釋了表面TMA處理對界面層的抑制作用； 將

4、表面TMA處理工藝成功應用到應變SiGe表面，在抑制界面層的同時大大改善了界面特性：根據XPS分析，這是由于“界面Al催化效應”導致了界面的充分氧化，從而改善了界面特性。 3．基于量子化學計算，論文應用Gaussian03研究了表面氮化促進原子層淀積A1203薄膜初始生長的原因。 在前人的計算和實驗結果基礎上，推導出表面Si=N單元的形成是氮化反應進行的關鍵步驟。在計算Si=N表面的同時，得到了NH表面。 計算表