矽覆蓋層及電漿佈植氮化以改善鍺虛擬基板之金氧半電晶體電特性研究

Enhanced electrical characteristics for pMOSFET with virtual Ge substrate by Si cap layer and nitridation using plasma implantation

曾瑋豪(Wei-Hao Tseng)

指導教授 ： 張廖貴術

國立清華大學/原子科學院/工程與系統科學系/碩士(2010年)

https://doi.org/10.6843/NTHU.2010.00106

摘要

鍺相對於矽而言，載子遷移率分別對電子提升了兩倍以及對電洞提升了四倍之多，對於元件的驅動電流可獲得大大的改善，因此鍺成為改善通道材料的首選之一。但是由於鍺的熱穩定性不佳，在400℃下會產生易揮發的氣體且容易水解，這種情況會降低元件的電特性，所以勢必要用其他鈍化方式來抑制鍺的擴散並且維持鍺通道元件的電特性。故此，本論文分成以下三部分來探討：第一部分我們探討在純鍺通道上磊晶不同矽覆蓋厚度對元件的電特性以及可靠度方面的影響。實驗結果顯示，在使用3nm矽覆蓋層厚度的元件在電特性有比較好的表現，但是在可靠度上的表現就很差。但是7nm矽覆蓋層厚度的元件雖然電特性表現較差，但是在可靠度的表現就相當好。第二部分我們為了進一步提升元件電特性，針對由堆疊架構的HfAlO/HfO2介電層施加電漿浸潤式離子佈植(PIII)的方式，由閘極上方摻雜N至介電層中，藉此探討不同氮化能量對元件電特性的影響。由實驗結果顯示，經過氮化處理的元件在電特性和可靠度上均得到提升，而且只要能量不要太高，提升效果均會隨著氮化能量增加而更好。第三部分我們為了找出對於氮化處理能夠得到最佳效果的矽覆蓋層厚度，針對最薄與最厚的矽覆蓋層厚度施加效果最好的氮化能量2keV，來比較改善的幅度多寡。由實驗結果顯示，3nm矽覆蓋層厚度的元件在經過氮化處理過後，不管是電特性上還是可靠度上所得到的改善幅度都比7nm矽覆蓋層厚度的元件經過氮化處理過後的還要好。

關鍵字

純鍺虛擬基板 ； PMOSFET

參考文獻

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