應用于納米級MOS器件的AlN柵介質(zhì)材料設計及性能研究.pdf

1、隨著微電子技術的飛速發(fā)展，半導體器件的特征尺寸按照摩爾定律不斷縮小，SiO2作為柵介質(zhì)材料在未來的幾年將難以滿足這一趨勢的要求，以此為背景應用于下一代納米MOSFET的高介電常數(shù)柵介質(zhì)材料成為當今微電子材料的研究熱點。 AlN薄膜具有一系列獨特的物理化學性質(zhì)，在電學、光學、聲學和力學等方面有廣闊的應用前景。尤其是AlN具有熱導率高、電阻率高、擊穿場強大、熱膨脹系數(shù)與GaN、GaAs等常用半導體材料匹配這些特性，使其被廣泛應用。

2、本文在AlN薄膜作為新一代納米MOS器件絕緣柵介質(zhì)材料方面開展了一些研究工作。 首先綜述了AlN薄膜的制備、應用和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，從材料的介電常數(shù)、帶隙、與Si的熱穩(wěn)定性、界面質(zhì)量、工藝兼容性、可靠性等方面入手綜合分析了AlN成為納米MOS器件柵介質(zhì)材料的可能性。 其次，通過計算分析AlN替代SiO2作為柵介質(zhì)材料的納米MOS器件電學特性的變化發(fā)現(xiàn)，在給定的初始條件下，這種結構下器件可以承受4.3V的柵壓，源-漏飽和電流

3、為5.62×10-9A，隧穿電流可以減小到10-7A/cm2左右?？梢悦黠@改善由于尺寸減小對介質(zhì)層隧穿電流增大的影響。 最后，本文采用直流反應磁控濺射法制備了高擊穿場強的AlN絕緣薄膜并分析了制備工藝條件對沉積的AlN薄膜的電學性能的影響。研究表明，工作氣壓、氮氣濃度和襯底溫度等因素都將顯著的影響AlN薄膜的結晶質(zhì)量和組織結構，進而影響其電學特性。在保持其他工藝參數(shù)穩(wěn)定，工作氣壓為0.5～1.2Pa、氮氣濃度為70～80％、襯底