氮的加人可以很大程度上提高金屬柵的熱穩(wěn)定性和抗氧化能力。難熔金屬的氮化物(TiN、TaN、HfN、WN)與高乃柵介質(zhì)之間有較好的熱力學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性,界面特性良好,與高乃柵介質(zhì)的集成表現(xiàn)出良好的電學(xué)特性。 TC74LVX4245FS但由于難熔金屬氮化物與高勿材料在源漏雜質(zhì)激活過(guò)程中的界面反應(yīng)、高乃介質(zhì)中的氧空位、偶極子層、金屬誘生界面態(tài)等引起的費(fèi)米能級(jí)釘軋效應(yīng),使金屬柵的有效功函數(shù)一般被限制在禁帶中央附近。

    目前對(duì)于先柵極工藝,通常采用高乃/金屬柵的界面調(diào)制,通過(guò)在界面處引入偶極子層來(lái)調(diào)節(jié)有效功函數(shù)。通常采用功函數(shù)位于帶隙中間的金屬(如TiN),而通過(guò)在高乃介質(zhì)上(或下)沉積不同的覆蓋層來(lái)調(diào)節(jié)Vt。通過(guò)覆蓋層得到帶邊功函數(shù)的原理是覆蓋層與高乃材料在高溫退火過(guò)程中發(fā)生互混,最后在高乃/⒏02界面處形成偶極子層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。La等適合調(diào)節(jié)NMOS管有效功函數(shù)是因?yàn)?'幻03中氧的區(qū)域濃度小于過(guò)渡層⒏O2中的氧的濃度,所以氧會(huì)向高虍方向移動(dòng),最后形成電場(chǎng)是由界面層⒏02指向高虍介質(zhì)的偶極子層,該電場(chǎng)的存在可以改變帶邊間的勢(shì)壘差,使NMOS管金屬柵的有效功函數(shù)從禁帶中央附近向導(dǎo)帶附近移動(dòng);而Al誘生的偶極子層的極性與La形成的偶極子層的極性相反,使PM(Ds管金屬柵的有效功函數(shù)從禁帶中央附近向價(jià)帶附近移動(dòng)「丬,如圖6.5所示。但是如前所述,這種方法對(duì)NMOs的作用十分明顯,而對(duì)PMOS效果則不顯著,而且由于A1203的乃值較低,PM()s的EOT也會(huì)受到影響。所以高性能器件的PMOs的Vt調(diào)節(jié)目前仍是先柵極工藝中的主要挑戰(zhàn)之一。而采用后柵極I藝,由于不需要經(jīng)歷高溫的源漏激活過(guò)程,金屬材料的選擇相對(duì)較簡(jiǎn)單。目前量產(chǎn)的Intel公司主要采用TiN作為PMOs的金屬柵極,而通過(guò)擴(kuò)散形成TiAlN作為NMOs的金屬柵極。