高k柵介質(zhì)NMOSFET遠(yuǎn)程聲子散射對(duì)溝道遷移率的影響

器件溝道長度為1μm，HFO2柵介質(zhì)厚度為4.88nm；SiO2柵介質(zhì)厚度為2nm；P襯底摻雜濃度4E15cm^-3；柵電極為鋁金屬。

在高K柵介質(zhì)中，有效的金屬功函數(shù)模型：

Remote Phonon Scattering Mobility Model：

不考慮遠(yuǎn)程聲子散射影響：

ID~VG

Q~VG

NMOB~EP

PMOB~EP

考慮遠(yuǎn)程聲子散射影響：

ID~VG

Q~VG

NMOB~EP

PMOB~EP

（1）高K金屬柵：

隨著晶體管的尺寸縮小，柵氧厚度和源漏間距進(jìn)一步減小，柵漏電流以及源漏間的漏電流急劇增加，傳統(tǒng)的SiO2和SiON都己經(jīng)無法滿足工業(yè)界的需求。為了克服這些問題，只能采用介電常數(shù)較高的高k介質(zhì)替代傳統(tǒng)的Si02介質(zhì)。高k柵介質(zhì)能夠在保持柵電容不變的同時(shí)，增加?xùn)沤橘|(zhì)的物理厚度，達(dá)到降低柵漏電流和提高器件可靠性的雙重目的。

在元素周期表里要找到符合條件的可能元素的氧化物,就需要綜合考慮以下方面的問題：合適的k值；較高的禁帶寬度（Eg）和導(dǎo)帶價(jià)帶能帶補(bǔ)償（?Ec和?Ev）；與Si接觸的熱穩(wěn)定性要好；能與Si襯底形成良好的接觸界面，應(yīng)盡量保證Hf02/Si接觸界面光滑平整，界面缺陷少；材料的薄膜性能要好，材料的相變溫度應(yīng)盡量高，組分和結(jié)晶性穩(wěn)定；與柵材料的兼容性要好，不與硅柵之間發(fā)生反應(yīng)；與現(xiàn)有的工藝兼容；長期工作的可靠性要好 。

HfO2作為柵介質(zhì)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，也在工業(yè)界得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于HfO2本身結(jié)晶溫度較低不利于后續(xù)工藝的高溫處理, HfO2直接與Si襯底接觸界面較差，另外在薄膜沉積過程中容易產(chǎn)生高濃度的氧空位等缺陷，這些材料特性使得以HfO2為柵介質(zhì)的器件的可靠性受到了巨大的挑戰(zhàn)。以HfO2為柵介質(zhì)的器件的可靠性問題主要有以下幾個(gè)方面：閾值電壓的滯后現(xiàn)象（hysteresis）、正偏壓或負(fù)溫度不穩(wěn)定性（PBTI or NBTI）、熱載流子效應(yīng)（HCI）應(yīng)力引起的漏電流（SILC）以及時(shí)變擊穿（TDDB）。