高K柵介質Ge MOS電容特性與制備研究.pdf

1、在集成電路集成度不斷提高，器件尺寸已經進入納米尺度并且還在不斷縮小的發(fā)展趨勢下，使用傳統(tǒng)的Si/SiO2/多晶硅結構會因為過薄的SiO2柵介質層而導致直接隧穿電流的急劇增大，從而使整個MOSFET功能失效。而采用高K介質材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SiO2柵介質，能使得整個MOS結構在保持性能的同時又具有厚的柵氧化層，可以抑制隧穿電流的增。同時，在納米尺度下，極易產生強場，而Si溝道的載流子遷移率較低，在強場下很容易達到速度飽和從而限制小尺寸器件性能

2、的進一步提高。最后，高K介質與多晶硅柵不兼容會引起的閾值電壓升高和載流子遷移率的衰減。因此，用載流子遷移率高的Ge溝道取代Si溝道，用金屬柵取代多晶硅柵，形成Ge/高K介質/金屬柵電極結構解決上述問題，成為了發(fā)展下一代半導體器件的優(yōu)秀選項。
　　 本文主要研究了Ge/高K介質/金屬柵電極結構所面臨的界面態(tài)密度較大問題以及改善界面特性的一些方法，包括NH3表面鈍化、超薄Si表面鈍化、界面F化、堆垛層結構、PDA和PMA這六種界面處

3、理技術的原理和效果，并提出了對于提高Ge襯底/高K介質界面質量方法的一般性規(guī)律，為后續(xù)的研究提供理論基礎。最后，還實驗制備了分別采用HfO2、Al2O3和Nd2O3作為柵介質的Ge-MOS電容并進行了C-V曲線測量，通過測量結果提取分析相關電學參數(shù)，為以后的相關生產制備提供實驗數(shù)據。
　　 本論文的研究結果表明，如果不經過界面處理，直接在Ge襯底上生長高K介質薄膜，在其界面處會存在較大的界面態(tài)，在測量結果中反映為C-V特性曲線的