问题的解决方法之一是采用金属代替多晶硅作为栅极,这样既可以避免HK)2和多晶硅界面上缺陷态的产生,同时金属栅极的高的电子密度,可以把偶极性分子的振动屏蔽掉,从而提高器件的通道内的迁移率。JM38510/11007BCA

   如前所述,HfO2族的高乃介质是目前最好的替代SlO2/SlON的选择。根据工艺整合的不同,主要有先栅极和后栅极两种路线,在后栅极中又有先高虍和后高两种不同方法(在金属栅极章节内详述),其主要区别在于高乃介质是否经历源/漏的高温热处(1050℃)。纯的Hf02具有较高的虍值(25),但缺点是无法承受高温。在温度超过500℃,Hf02会发生晶化,产生晶界缺陷,同时晶化还会造成表面粗糙度的增加,这都会引起漏电流的增加,从而影响器件的性能。所以纯的HfO2只适合应用于后栅极后高虑的整合路线。

   可以通过对Hfo2进行掺杂来改善它的高温性能,如掺Si或氮化,形成Hsi()/H⒗iON。但这样都会降低介质的乃值(15),从而影响EOT的降低。Hf02族的高乃介质主要通过原子层沉积(ALD)或金属有机物化学气相沉积(MOCVD)等方法沉积。后栅极工艺路线主要采用ALD方法生成栅极介质Hf02,因为其沉积温度较低(300~400℃),低于HfO2的结晶温度。沉积采用的前驱体是H℃h,与H2O反应生成HfO2。

   前栅极I艺路线主要采用MOCVD沉积HsiO,然后通过热或等离子氮化生成HsiON。沉积温度较高(600~700℃),因为较高的沉积温度配合后续高温的氮化和氮化后热处理(1000℃),有助于去除薄膜中的C杂质,已知C杂质会在HfO2中形成施主能级,增大薄膜的漏电流(见图4.10)。

   沉积采用的Hf前驱体是TDEAH或HTB,⒏前驱体是TDMAS或TEOS,与02反应生成H⒗iO。高乃介质的一个挑战是维持器件的高驱动电流,如前所述,在高乃介质上面采用金属电极取代多晶硅,可以减少沟道内电子迁移率损失,但还需要在高虑介质和⒏基底之间加入Si()2/Si()N作为界面缓冲层,进一步改善电子迁移率。界面层还有助于界面的稳定性和器件的可靠性,因为在以前多个技术节点,⒏o2/Si()N与⒏基底界面的优化已经研究得十分深人了。当然,界面层的存在也有不利的一面,它使得整体栅极介质(由低虑值的Si()2/

Si()N和高乃值的HfO2族介质构成)的乃值降低,从而影响Ef)T的降低,所以必须严格控制它的厚度。