抽象性

上项研究显示,二氧化膜由原子层沉降生成的Si和IIIVMOS设备有极佳的电物理特征本文比较插入超薄跨屏障层的电气特征,如SiO₂AL₂O级₃或BEOHFO₂门二维电二维基调金属氧化半导体电容器和n通道反转式金属氧化半导体场效果晶体管SiMOSCAPs和MOSFETs带BEO/HFO₂门堆显示高性能和可靠性特征,包括驱动电流提高34%,子阈值回移略优度提高42%,电场1MV/cm有效电子运动率提高42%,等值氧化物略低,应力驱动扁带电移位减压,应力驱动漏电流减速和界面电荷减速

开工导 言

CMOS缩放带SiO₂厚度低于1.5纳米对这些非常薄氧化物而言,渗漏流变得不可接受大减少泄漏流法之一是替换SiO₂取高介电常量材质高k介电的主要长处是高物理厚度实现低星泄漏这也是低功率应用的吸引力由于这些需求,过去10年中二氧化二₂获得相当兴趣的高电常量构件氧化金属半导体设备高电常数、高热动稳定si和高电性[一号..不幸地,其他一些物理属性如运动减压、电荷捕捉和阈值电压 不稳定性是金属氧化半导体场效果晶体管性能的一大缺陷2..特别是HfO₂高空双电栈3..低移动性的主因尚不为人知,但归结于高k二电控件远程库伦布散射4或光片散射5..多位研究者认为,所有高k二电都不可避免拥有低能带状和高散射量,而SiO则不同₂.高k二电带高能带和低散射度将真正解决上述问题

高k门双电材为氧化物,高端接口稳定6-10并已知为一流气体扩散屏障这使得它成为HfO间可能合适的扩散屏障₂siCMOS处理BEO还拥有类似金属热传导和大能量带宽(10.6eV)。特征表示低光频和远程库伦布散射泛泛流声带负责电介材料热传导温度上升,phonon密度增加,但20K以上,phonon交互作用成为支配性并减少phonon漂移平均自由路径11..高热传导性因低光驱散而产生,因为BEO电子紧密绑定,BEO声带互连并低能长(或低波频)高能带宽和带宽偏移Si令内置电捕捉难并导致BEO二电中低压封装电量(高k二电电电压电源传播源)10..前几次研究显示BEO沉入二甲基水通过预防高K和三V基调在PDA期间分解提高三维MOS设备接口质量6..本文通过插入exthin SiO比较跨屏障层效果₂AL₂O级₃或BEO屏障层HfO₂门二维电二维基调金属氧化半导体电容器和NOSFETs使用屏障层的目的是提高设备性能和可靠性,同时尽可能维护所生成膜的整体电常量

二叉编译程序

ALDBEOIL沉入高频p型Si子串使用二甲基苯基先质和水作为氧源ACDAL参考₂O级₃IL沉入同一种净基底使用三甲基铝和同一种氧源样本BEOIL Al₂O级₃ALDHFO跟踪₂.北北600摄氏度3分₂压强压强物理厚度BEO和AL₂O级₃IL层由沉积率控制,该沉积率使用多波长(200~900纳米)对大氧化物测量TAN电极沉积使用自反应dc磁共2千0₄后电极模式化门NOSFETs源/排入区50克弗并注入磷 m^2级.高温(900摄氏1分)₂环境激活E-Bem蒸发Ni/AuGe/Au用于S/D和后端集成尾端定点量为400摄氏度 成形气达30分MOSCAP样本PMA(500摄氏2分钟)完成

3级结果与讨论

图一号显示跨段MOS结构建基前实验电物理结果10..小O₂AL₂O级₃或BEOIL置HfO₂P-Si基础Al₂O级₃BEOIL有意插入,但SiO₂IL热生成后沉降和S/D激活退火图中2BEO/HFO₂结构显示最小泄漏量,可比照SiO₂IL/HfO₂和AL₂O级₃IL/HfO₂门栈插入BEOIL(5~10+++++DA后不会大大增加EOT氧扩散屏蔽效果BEOIL更多显示为图中退温上升3.BEOIL在S/D激活后约15QSiO对EOT缩放和可靠性提高有一些优势₂生长HfO界面₂和Si基底低EOIL表示高效氧扩散屏障类似结果使用X光电光谱学10..稀薄薄膜中氧散射量与相应薄膜针孔数和大小成比例12..一般来说,小插孔会增加分解分子(如氧气)与散装胶片中化学组间的碰撞,降低渗透率基于仍在调查的原因,分子尺寸小的BEO电影似乎显示氧分辨性相对较低,并能够有效阻塞杂质扩散,如Hf,从而将基底缺陷最小化

总体说来,高k材料带宽与允许性成反比,但BEO例外,拥有超大能量带加宽(10.6eV)并保持高电常数6.8带宽或相应带宽增益 电介下降充电陷阱SiO有效潜在屏障高度₂/HfO₂AL₂O级₃IL/HfO₂和BEO/HFO₂门栈比较使用Fowler-Nordheim图4.双层门结构有效屏障高度精确数不提取高屏障BEOIL栈图解5并6符号可靠性统计特征图中5BEO/HFO₂门栈显示少初始 移位(1秒后压力)表示二电区原存陷阱较少与另外两道门栈相比,还观察到小点陷阱生成率图中6eO/HfO₂并显示减压引出流降无重大分解可小O₂/HfO₂和AL₂O级₃IL/HfO₂显示渐变分解加压力时间下陷阱生成速率和下通道流BEO/HFO₂门栈可提高可靠性特征并显示高结构稳定性取物热动学点中,材料总英译子由热英译和配置英译法组成[或晶化化或晶化13..高晶度和热传导性,BEO可能拥有高总倍增值,它表示BEO比起门二电机在结构上更加稳定,尽管热动稳定性与设备性能之间的直接关联仍然值得置疑。更多BEO热稳定性细节见参参14万事通

图7NOSFET反向能力₂/HfO₂(40 Å), Al₂O级₃5O/HFO₂和BEO5O/HFO₂门栈BEO/HFO₂门栈显示略低等值氧化物厚度(EOT)(2.51纳米)比SiO₂/HfO₂2.77纳米和 Al₂O级₃/HfO₂2.93纳米),尽管S/D激活退火后EOT所有门栈大幅增加3)XPS分析显示EOT增加的主要原因是HfO中的氧₂介电代之以Aneal工具中的氧残留10..西欧市₂/HfO₂AL₂O级₃/HfO₂和BEO/HFO₂城门堆栈1.7纳米、1.5纳米和1.0纳米3结果图8NMOSFET排水流门电压 siO特征₂/HfO₂AL₂O级₃/HfO₂和BEO/HFO₂门栈略低EOTBEO/HfO₂栈展览更多阳性 0.66V高驱动电流 V值比SiO值高69mV/de₂/HfO₂栈( stack) V mV/dec)₂O级₃/HfO₂栈( stack) V mV/dec)临界电压方程取自理想MOS结构15公元前 去哪儿 , , 并 工作函数差介于金属半导体('-'值)、界面电荷('+'值)、耗竭电荷('-'值)和内能水平与Fermi电量水平(++)间 .假设 , 并 所有门栈都相同,因为唯一差分是跨层,然后正移 PEO/HFO₂栈归结为BEO和Si基底界面收费不积极BeO层固定收费越少可能促成接口收费越少10..

图中九九,BEO/HFO₂栈显示34%高驱动电流 V& V比SiO₂/HfO₂栈23.56mA₂O级₃/HfO₂栈(21.28mA)5QBEO高K和Si信道间插入使驱动电流大为改善驱动电流略减IL加厚₂O级₃/HfO₂PEO/HFO₂门栈,但在Al上意义更大₂O级₃/HfO₂栈这可能是原生二氧化物(SiO)₂Al增长₂O级₃/HfO₂堆栈图10显示使用分电容电压法的有效通道电子移动BEO/HFO₂栈显示高42%有效场 运动性238cm²/Vs比SiO₂/HfO₂167cm²/Vs)和AL₂O级₃/HfO₂166cm²/Vs) MV/cm可能需要进一步调查确认并解释这些结果电子移动SiO₂/HfO₂和AL₂O级₃/HfO₂快速饱和普适趋势, 可能由厚西欧₂跨层激活ifSiO₂跨层变薄 HfO顶点电波₂门栈会大减16..原子配置中 无动于衷AL物理粗度差₂O级₃晶体BEO相似,但在电子配置中,它们之间的电波粗糙度大相径庭静电潜在粗糙度方面,晶状表面二维原子定序数组通常产生原子尺度表高波动,显示静电潜在粗糙度低[17..上项研究显示Si上ALDBEO几乎成型增长7从而提高表面电源粗糙度和高场电子移动性

工作BEO/HfO₂门栈调查系统比对SiO₂/HfO₂门栈ALDBEOIL插入Si信道和高k门电增强高战地载波移动性并改进MOSFET参数和可靠性特征同时保持相似EOT极佳BEO特性,如高能带宽、高效氧扩散屏障和高晶体性提高电荷捕捉、S/D激活期间EOT抑制增加和MOSFET性能,从而给MOS设备带BEIL带来巨大优势

感知感知

这项工作部分得到Robert Welch基金会(Grants F-1038和F-1621)和NSF(Grant DMR-0706227)。