English
The effects of process condition of Top-TiN and TaN thickness on the effective work function of MOSCAP with high-k/metal gate stack
文件大小：
1043k
资源说明：The effects of process condition of Top-TiN and TaN thickness on the effective work function of MOSCAP with high-k/metal gate stack
本文研究了在高介电常数(high-k)/金属栅堆栈的MOS电容器(MOSCAP)中，顶层钛氮化物(TiN)和钽氮化物(TaN)的厚度以及加工条件对其有效功函数(effective work function, EWF)的影响。研究的重点在于通过改变TaN层和顶层TiN的加工技术来调节基于TiN的金属栅堆栈的有效功函数。研究表明，较薄的TaN层以及通过物理气相沉积(PVD)技术制备的顶层TiN帽能够得到较小的有效功函数值，而较厚的TaN层和通过原子层沉积(ALD)技术制备的顶层TiN帽则能够得到较大的有效功函数值；其中，有效功函数值的变化范围是从4.25eV到4.56eV。文中提出了对有效功函数依赖于顶层TiN加工技术以及TaN层厚度的物理理解。相较于室温PVD-TiN加工过程，400°C的ALD-TiN加工过程提供了更多的热预算，并且促进了更多的铝原子向顶层TiN扩散，而不是底部TiN。同时，较厚的TaN层阻止了铝原子向底部TiN的扩散。这些事实诱导了有效功函数的增加。
关键词包括：TaN、ALD-TiN、PVD-TiN、有效功函数。文中还提到了该实验所使用的设备是一个在8英寸p型硅衬底上采用局部氧化隔离(LOCOS)方案制造的MOS电容器。通过先进行器件界面准备，然后采用原子层沉积(ALD)方法沉积底部TiN层，以及在底部TiN上沉积由TaN、TiAl和顶层TiN组成的三重层堆栈来调节基于TiN的金属栅堆栈的有效功函数。研究还比较了PVD和ALD两种技术条件下制备的TiN在不同热预算下的特性，进一步解释了铝原子在TiN层之间的扩散以及TaN层厚度对有效功函数的影响。
在高-k材料和金属栅的应用中，对晶体管阈值电压的精确控制变得越来越重要，尤其是在CMOS技术节点向45nm以及更小尺寸继续缩小的过程中。由于传统的多晶硅栅电极受到量子隧穿效应和功函数不可调节的限制，金属栅成为替代选择。而金属栅堆栈中的工作函数调节层的选择及其加工条件对最终器件性能具有决定性的影响。
在这项研究中，科学家们通过选择不同的材料和加工技术来改变工作函数，具体使用了ALD工艺制备的HfO2和底部TiN层，以及通过PVD和ALD技术制备的顶层TiN层。通过这种方法，研究者们希望能够有效地控制金属栅电极的有效工作函数，从而控制晶体管的阈值电压。
研究的物理理解还包括对金属铝在TiN层中扩散过程的分析。由于铝原子倾向于向较热的区域扩散，因此温度较高的热处理过程会促进铝原子在TiN层中的扩散。铝原子在顶层TiN中的扩散能够改变金属栅堆栈的化学组成和结构，进而影响其有效功函数。此外，TaN层作为阻挡层，能够限制铝原子的进一步扩散，保持了金属栅堆栈结构的完整性。
这项研究对高-k金属栅电极材料的开发提供了重要的理论和实验依据，为未来CMOS晶体管的阈值电压控制和性能优化指明了方向。通过深入理解金属栅堆栈的物理特性及其与加工条件之间的关系，可以为高性能和低功耗半导体器件的设计和制造提供更加精确和高效的解决方案。
本源码包内暂不包含可直接显示的源代码文件，请下载源码包。
