鎢合金應用於高功函數金屬閘極金氧半電晶體之電特性研究

為了改善MOSFET的性能，元件的尺寸被要求越來越小，許多新穎的研究成果已被發表出來，其中，高功函數金屬閘極的研究相當引人注目。本論文研究主要以鎢合金為高功函數金屬閘極的應用。第一部份主要以W與較低濃度N所反應成長的WN，使得WN擁有適用於pMOSFETs的功函數，並以其它種類金屬TaN及TiN作為電性及可靠度的比較的依據，並以ALD沉積HfO2作為介電層，發現WN雖然擁有高功函數閘極的優點，但是初始電特性並不如預期。我們為了提高WN的電特性，我們加入了Hf，使之成為合金式WHfxN金屬閘極，發現電特性有明顯的提升，以及經過Stress的元件也較穩定，代表界面品質也相對提升，最主要是因為Hf減緩金屬原子W在高溫下的擴散，又擁有適合於pMOSFETs的功函數。第二部為了探討Hf在WN摻的的比例之元件特性，實驗中將使用不同Hf的瓦數，分別為40W和50W，並搭配以ALD沉積HfAlxO為介電層，希望藉此證明Hf的摻雜有助於提升元件的電特性及可靠度並找出適合應用於pMOFETs的結構。其結果發現WHfxN(50)有較好的基本電特性，而可靠度方面皆有不錯的表現。另外在高溫下，Hf可能會在界面與N產生Hf-N形成較低功函數的物質，導致功函數有些微下降，不過基本上皆適合運用於pMOSFETs。第三部份我們為了得到較佳的元件結構，並使用ALD沉積不同的high-k材料作為介電層，分別為HfO2和HfAlxO(Hf:Al=2:1)，並應用於高功函數金屬閘極。由實驗結果得知使用HfO2作為介電層之元件，有較佳的電特性，其中載子遷移率最大可到98(cm2/V-s)，遠大於使用HfAlxO作為介電層之元件。但在可靠度方面，使用HfAlxO(Hf:Al=2:1)作為介電層之元件經Stress後有著較小的臨界電壓漂移及最大轉導值退化比例，顯示摻雜Al至HfO2有助於提昇元件可靠度。

關鍵字

高功函數金屬閘極；鎢合金；氮化鎢；金氧半電晶體

並列摘要

無資料

並列關鍵字

Metal Gate ； High-k ； pMOSFET ； WN ； W ； WHfxN

參考文獻

[2] You-Seok Suh et al., Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers,p.47,2001

[3] Seiichiro KAWAMURA, IEEE Custom Integrated Circuits Conference,p.467, 2002

[5] H. Zhong, et al., Appl. Phys. Lett., vol.78, p.1134, 2001

[6] H. Zhong, et al., J. of Electronic Materials, vol.30, p.1493, 2001

[8] J. K. Schaeffer, et al., MRS spring meeting, April, 2002

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