問題的解決方法之一是采用金屬代替多晶硅作為柵極,這樣既可以避免HK)2和多晶硅界面上缺陷態(tài)的產(chǎn)生,同時金屬柵極的高的電子密度,可以把偶極性分子的振動屏蔽掉,從而提高器件的通道內(nèi)的遷移率。JM38510/11007BCA

   如前所述,HfO2族的高乃介質(zhì)是目前最好的替代SlO2/SlON的選擇。根據(jù)工藝整合的不同,主要有先柵極和后柵極兩種路線,在后柵極中又有先高虍和后高兩種不同方法(在金屬柵極章節(jié)內(nèi)詳述),其主要區(qū)別在于高乃介質(zhì)是否經(jīng)歷源/漏的高溫?zé)崽?/span>(1050℃)。純的Hf02具有較高的虍值(25),但缺點是無法承受高溫。在溫度超過500℃,Hf02會發(fā)生晶化,產(chǎn)生晶界缺陷,同時晶化還會造成表面粗糙度的增加,這都會引起漏電流的增加,從而影響器件的性能。所以純的HfO2只適合應(yīng)用于后柵極后高慮的整合路線。

   可以通過對Hfo2進(jìn)行摻雜來改善它的高溫性能,如摻Si或氮化,形成Hsi()/H⒗iON。但這樣都會降低介質(zhì)的乃值(15),從而影響EOT的降低。Hf02族的高乃介質(zhì)主要通過原子層沉積(ALD)或金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)等方法沉積。后柵極工藝路線主要采用ALD方法生成柵極介質(zhì)Hf02,因為其沉積溫度較低(300~400℃),低于HfO2的結(jié)晶溫度。沉積采用的前驅(qū)體是H℃h,與H2O反應(yīng)生成HfO2。

   前柵極I藝路線主要采用MOCVD沉積HsiO,然后通過熱或等離子氮化生成HsiON。沉積溫度較高(600~700℃),因為較高的沉積溫度配合后續(xù)高溫的氮化和氮化后熱處理(1000℃),有助于去除薄膜中的C雜質(zhì),已知C雜質(zhì)會在HfO2中形成施主能級,增大薄膜的漏電流(見圖4.10)。

   沉積采用的Hf前驅(qū)體是TDEAH或HTB,⒏前驅(qū)體是TDMAS或TEOS,與02反應(yīng)生成H⒗iO。高乃介質(zhì)的一個挑戰(zhàn)是維持器件的高驅(qū)動電流,如前所述,在高乃介質(zhì)上面采用金屬電極取代多晶硅,可以減少溝道內(nèi)電子遷移率損失,但還需要在高慮介質(zhì)和⒏基底之間加入Si()2/Si()N作為界面緩沖層,進(jìn)一步改善電子遷移率。界面層還有助于界面的穩(wěn)定性和器件的可靠性,因為在以前多個技術(shù)節(jié)點,⒏o2/Si()N與⒏基底界面的優(yōu)化已經(jīng)研究得十分深人了。當(dāng)然,界面層的存在也有不利的一面,它使得整體柵極介質(zhì)(由低慮值的Si()2/

Si()N和高乃值的HfO2族介質(zhì)構(gòu)成)的乃值降低,從而影響Ef)T的降低,所以必須嚴(yán)格控制它的厚度。