HfO2/Ge界面钝化技术及Si基Ge量子阱MOSFET的研究

摘要

Si CMOS尺寸缩小的难度和成本日益增加,高迁移率的Ge沟道MOSFET的研究得到了迅速发展,Ge沟道高k介质MOSFET成为下一代CMOS技术可能的选择之一。然而HfO2/Ge结构面临着界面态密度过高导致MOSFET有效迁移率退化等问题,因此必须对其界面进行有效的钝化处理来抑制界面态的产生。另一方面,研究发现通过引入应变、调制掺杂和量子阱结构可以极大的提高Ge沟道的迁移率。
　　本文采用Si钝化、GeO2钝化和湿法退火等方法来减小HfO2/Ge之间的界面态密度,设计和制备调制掺杂的Si基Ge量子阱结构的pMOSFET,以获得高迁移率的MOSFET器件。本文的主要工作及创新点包括:
　　1.研究了采用Si薄膜钝化HfO2/Ge界面的方法,将界面态密度降至3.21011cm-2V-1。Si钝化的Ge pMOSFET达到了332cm2/Vs的峰值有效迁移率,比传统的Si pMOSFET提高了一倍。此外,利用O3提高了Ge表面GeO2钝化层的氧化程度,得到了8.61011cm-2V-1的界面态密度。
　　2.提出了干/湿法退火过程中Ge混入HfO2的机理。优化了湿法退火的条件,在避免过多Ge混入HfO2的同时,有效的减薄了GeOx中间层的厚度,得到了4.61011cm-2V-1的界面态密度。发现了由于机理不同,湿法退火与GeO2钝化法相结合并不能得到更小的界面态密度。
　　3.首次制备了肖特基源漏的Si基张应变Ge量子阱pMOSFET。分析了源漏区肖特基结和调制掺杂对MOSFET性能的影响。未掺杂的Si基Ge量子阱pMOSFET获得了较高的空穴有效迁移率,比传统Si pMOSFET提高了约80％。