【摘 要】
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鳍式场效应晶体管(FinFET)是目前半导体行业中16/14技术节点中的主流器件结构。然而,随着晶体管器件尺寸的不断缩小,硅基FinFET技术的改进变得愈发困难,引入新材料也势在必行。作为可以替代的沟道材料,高迁移率沟道近年来愈来愈收到人们的关注。其中SiGe材料由于其具有比硅材料更高的空穴迁移率,可以替换Si基P型FinFET的沟道。但是对于新的沟道材料,特别是与已建立的硅技术的相互作用,存在许
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鳍式场效应晶体管(FinFET)是目前半导体行业中16/14技术节点中的主流器件结构。然而,随着晶体管器件尺寸的不断缩小,硅基FinFET技术的改进变得愈发困难,引入新材料也势在必行。作为可以替代的沟道材料,高迁移率沟道近年来愈来愈收到人们的关注。其中SiGe材料由于其具有比硅材料更高的空穴迁移率,可以替换Si基P型FinFET的沟道。但是对于新的沟道材料,特别是与已建立的硅技术的相互作用,存在许多挑战。如何优化高K材料与SiGe之间的界面层(IL)的质量是遇到的主要问题之一。针对界面层,采用钝化的方式可以有效提升界面层的质量,目前研究进展如下:1、在8吋体硅晶圆上外延生长了30 nm的Si0.7Ge0.3薄膜后,采用ALD生长了HfO2和HfO2/Al2O3两种不同的高K栅叠层结构,并在高K材料生长前后分别进行了单步30min O3氧化的钝化工艺来研究O3氧化处理对界面层(IL)的影响。实验发现,在高K栅介质Al2O3/HfO2之后进行30 min O3氧化处理效果最佳,等效氧化层厚度可以调节至1.5nm,界面态密度可以降至4.81×1012 e V-1cm-2。2、为了进一步得到更好的界面层质量,外延Si0.7Ge0.3薄膜之后,在界面处再外延一层Si-cap层,HfO2薄膜为高K层。实验结果表明,应用1 nm Si-cap处理后样品的界面态密度可以降低至1.53×1011 e V-1cm-2;通过了X射线光电子能谱(XPS)对界面层中Si、Hf、O三种元素进行表征,对于不同厚度的Si-cap层上界面元素组成大致相同,而与无Si-cap层高K栅叠层结构相比,这种方法可以有效降低界面层中的中间价态的Si Ox和Hf-Si-O键和/或Hf-Ge-O键。3、最后,将Si-cap钝化方法应用到Si0.7Ge0.3 FinFET中。在填充隔离层(STI)之后,需要将STI层减薄直至暴露出SiGe Fin结构。在SiGe Fin上选择性外延Si的方法生长了Si-cap薄膜,将外延流程中前烘工艺的温度调整至720℃时,顺利外延出理想的带有Si-cap层的SiGe Fin结构。这说明了将FinFET与Si-cap钝化技术相结合验证对非平面器件的界面层优化是可以实现的。
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