MOSFET迁移率与高k金属栅研究

• 作 者: 于伟泽
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 短沟道效应 迁移率 高k金属栅 载流子 CMOS工艺

随着MOS管的尺寸进入深亚微米时代后,采用高k金属栅来控制短沟道效应和提高载流子迁移率来增加器件速度是目前CMOS研究重点。我的硕士研究工作主要围绕高k金属栅和载流子迁移率展开。　　
我在载流子迁移率方面的研究工作如下:　　
(1)载流子迁移率的测试:在(100)晶面上制备出不同沟道方向的长沟道NMOS器件和PMOS器件,采用Split-CV法测试出沟道内的反型层电荷,再结合MOS器件的Ⅰ-Ⅴ特性,计算出了(100)晶面上不同沟道方向的电子和空穴迁移率。　　
(2)Si1-xGex材料作为高迁移率沟道材料受到到广泛的关注。Si1-xGex材料中的应力对其载流子迁移率影响大,而传统的CMOS工艺会对Si1-xGex材料中的应力造成弛豫。我通过实验研究了CMOS流程中的注入、退火、刻蚀工艺对Si1-xGex材料应力的影响,用拉曼光谱定量地分析了注入、退火、刻蚀工艺对Si1-xGex材料应力的弛豫程度,从而为工艺优化提供参考。　　
我的高k金属栅研究工作归纳如下:　　
(1)当前工业界采用假栅工艺形成高k金属栅结构,其中关键步骤包括多晶硅假栅的去除。通常在假栅刻蚀巾由于多晶硅晶向的不确定,会造成刻蚀速度的不均匀,本文提出、并验证了采用非晶硅假栅可以避免因晶向导致的刻蚀不均匀性。根据非晶硅假栅去除易控制的优点,本文提出了一个集成非晶硅假栅的替代栅工艺流程,这其中的关键工艺包括假栅是由非晶硅沉积形成和把假栅去除移到源/漏高温退火前来避免非晶硅结晶为多晶硅。　　
(2)采用高k金属栅可以将器件的EOT缩到很小,比如小于0.8纳米,这对控制器件短沟道效应有利,但是随之而来的是严重的沟道载流子迁移率损失。针对平衡沟道载流了迁移率影响和短沟道效应控制,本文提出了一个非对称内表面氧化层结构。因为器件速度对源端的载流子迁移率敏感,该结构在MOS管的源端附近采用一层厚的内表面氧化层来避免载流了迁移率损失;因为器件短沟道效应对漏端EOT敏感,该结构在MOS管的漏端附近采用一层薄的内表面氧化层用来控制器件的短沟道效应(SCE)。本文通过仿真对器件的非对称内表面氧化层结构进行优化,当厚内表面氧化层占总氧化层的比例为15%左右时,在相同的关断电流下,与对称内表面氧化层器件相比,非对称内表面氧化层器件的导通电流提高了5%到15%。