《先进的小尺寸MOS器件高k栅介质及界面特性研究》

MOS器件尺寸的不断等比缩小一直是CMOS集成电路领域的国际前沿,是提高工作速度、降低功耗,提高集成密度的关键所在。器件尺寸的缩小面临着栅极漏电增加,短沟效应增强,界面特性恶化,器件可靠性降低等诸多问题,其中核心问题是栅介质材料及其与半导体的界面特性。该项目围绕先进的小尺寸SiC MOS和高迁移率沟道Ge基和(In)GaAs基MOS高k栅介质及其界面质量的调控,在7项国家自然科学基金项目的连续资助下,开展了系统深入的研究工作,主要发现和贡献包括:

(1)发现了氮化氧化物是制备高质量高可靠性MOS器件的重要途径,创造性地提出了N2O和NO氮化氧化生长SiC MOS栅介质技术,特别是N2O直接于SiC表面生长氮化氧化物技术,获得了器件界面特性和可靠性大的改善,受到国际同行的广泛认可和高度好评;

(2)发现了GeOx的形成是Ge MOS界面特性恶化的主要原因,基于GeOx易溶于水的特性,提出了湿NO氮化氧化和湿N2退火制备Ge MOS的新颖技术以及薄的氮化氧化界面钝化层(如GeON、LaON、TaON和TaON/GeON)新结构,利用水蒸汽作用和N结合的钝化机理,解决了Ge MOS栅介质生长期间易形成低k GeOx的难题,大大改善了界面特性和器件可靠性;

(3)发现了GaAs基MOS界面特性恶化主要机制是来自衬底Ga、As元素的外扩散和高k栅介质元素的内扩散,继而提出了TaON等多种界面钝化层新结构,利用界面层阻挡杂质扩散作用有效解决了杂质互扩散问题,提升了GaAs MOS的界面质量和可靠性;

(4)发现了高k栅介质用作Si基电荷陷阱存储器的存储层可大大提高存储器的存储性能,提出了氮化ZrO2作为Si基快闪存储器存储层的新思路,发展看一种新颖的带隙渐变电荷存储层结构,从隧穿层到阻挡层带隙逐渐增加的锥形能带结构,获得了存储性能大的改善。

研究成果得到澳大利亚昆士兰州格里菲斯大学、美国德克萨斯大学奥斯汀分校、比利时国际微电子学中心、德国不莱梅大学、日本东京大学、南洋理工大学等学术机构和业内领头公司-Intel公司的引用和跟踪研究,被SiC MOS器件著名专家Dimitrijev S教授、比利时国际微电子学中心(IMEC)的Brunco教授和东京大学的Matsubara教授等评价为:“氮化氧化工艺对于SiC表面提供了工业标准的电子级钝化,使得开发商用MOS器件成为可能”;“干/湿NO生长GeON是一种新的Ge表面钝化策略”、“湿NO氮化氧化工艺可以解决低工艺容忍问题”。研究成果应用于Si MOS、功率半导体SiC MOS以及高迁移率Ge和GaAs MOS器件领域,促进中国先进小尺寸高k栅介质MOS器件制造水平的提升。

项目组完成的7项国家基金面上项目均高质量高标准圆满结题,研究成果在国际国内重要期刊和国际会议上共发表学术论文200余篇,8篇代表作SCI他引109次,1篇入选当期Highlight论文,培养了博士后1名,博士研究生18名,硕士研究生52名。

  1. 下载详细PDF版/Doc版

提示:为方便大家复制编辑,博主已将PDF文件制作为Word/Doc格式文件。