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半个世纪以来,摩尔定律推动着集成电路技术飞速发展,硅基金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)特征尺寸不断缩小。然而,进入到纳米尺度后,功耗密度和栅极漏电流等因素会限制其性能的进一步提升。相对于硅基材料,采用高介电常数(k)栅介质和金属栅材料的锑化镓(Ga Sb)MOS器件具备高迁移率、低栅极漏电流的特性,有利于器件的进一步等比例缩小。本论文主要针对采用高k栅介质和金属栅材料的Ga Sb MOS器件制备工艺、电学特性以及应力特性进行系统深入的研究。高k栅介质和Ga Sb衬底之间的高界面态是限制Ga Sb MOS器件发展的重要因素。论文对采用不同钝化方法制备的Ga Sb MOS电容进行了研究。提出了臭氧预处理、无水硫溶液预处理、插入氧化铝(Al2O3)层、“自清洁”的方法,改进了硫化铵溶液预处理、形成铪铝氧介质层的方法,有效降低了Al2O3/Ga Sb和氧化铪(Hf O2)/Ga Sb MOS电容栅极漏电流和界面态密度。基于提出的硫化铵溶液对Ga Sb材料的钝化机理,优化了溶液浓度、钝化时间和溶液氢离子浓度指数(p H值),得到了Hf O2/Ga Sb MOS电容等效氧化层厚度为1.67 nm,栅极漏电流密度小于10-7 A/cm2,最小界面态密度为4.8×1012 e V-1cm-2。同时也提出了“自清洁”预处理方法,实现Al2O3/Ga Sb MOS电容栅极漏电流密度为1.1×10-8 A/cm2,最小界面态密度为5.8×1012e V-1cm-2。论文同时对肖特基源漏的Ga Sb MOSFET和离子注入源漏的Ga Sb MOSFET进行了研究,提出了一种采用氮化硅薄膜引入应力的方法,提升了Ga Sb MOSFET迁移率,通过引入压应力,空穴峰值迁移率达到了638cm2/V·s,器件开关电流比达到了2526,亚阈区摆幅达到了568 m V/dec。论文最后针对应力提升器件迁移率的机理进行了研究。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,计算了引入应力前后Ga Sb材料中载流子有效质量的变化。理论计算结果表明,外加压应力导致形变量越大,空穴的有效质量越小,根据有效质量和迁移率的关系,说明压应力条件下,形变量越大,空穴迁移率越高,这和本论文的实验结果相符。相关机理研究为器件结构及制造工艺的优化设计提供了参考依据。