钝化层加NH3等离子体处理改善GaAs MOS界面特性研究

摘要

随着半导体集成电路行业的急速发展，CMOS器件的尺寸也不断小型化，此时传统Si基MOS器件的尺寸也逐渐的接近它的物理极限。GaAs因其高迁移率、宽禁带和直接带隙等优点受到人们的青睐，但同时也面对GaAs自身特性所带来的的问题，如GaAs的本征氧化物会降低界面质量和恶化器件性能。为了解决这些问题，GaAs表面进行钝化处理或淀积钝化层等方法受到了广泛的关注和研究，以期改善GaAs基MOS器件的界面特性。
　　本文首先以ZnON为钝化层制备了HfTiON/钝化层/GaAs堆栈栅介质MOS器件，并在淀积ZnON后进行NH3等离子体处理。与没有钝化层或没有等离子体处理的样品相比，ZnON钝化层可以有效地减小栅极漏电，加上NH3等离子体处理后，钝化效果更好。这是因为经过NH3等离子体进一步处理后的ZnON钝化层能够更加有效减少Ti原子和O原子向GaAs衬底的内扩散，从而减少了GaAs衬底表面本族氧化物的产生，优化了界面质量。其次是将La元素掺入到Zn系钝化层中，利用La元素化合物高的介电常数和宽禁带的特点对器件的性能做进一步提升。实验结果表明，钝化层中掺入La，不仅使氧化层电容和k值增加，而且栅极漏电明显减小。这主要归功于La氧化物或氮氧化物可以减小热电子发射引起的栅极漏电和ZnLaON对GaAs表面低k氧化物生长的抑制。最后，对于制备的HfTiON/ZnLaON/GaAs MOS器件，研究了NH3等离子体不同处理时间对其界面和电特性的影响。结果表明，随着NH3等离子体处理时间增加，样品的电学性能得到提高，并在10分钟时达到最佳。当处理时间超过10分钟后，器件性能随着处理时间的增加开始恶化。AFM结果表明，NH3等离子体处理时间过长致使ZnLaON钝化层薄膜的质量变差。

目录

1 绪论

1. 1 研究背景和Si基MO S器件面临的挑战

1. 2 G aAs半导体材料的优势

1.3 GaAs MOS高k栅介质研究现状和面临的问题

1. 4 本文主要工作和内容安排

2 ZnON钝化层改善高k栅介质GaAs MOS界面特性研究

2. 1 引言

2. 2 器件制备工艺和性能表征

2. 3 实验过程

2. 4 实验结果和分析

2. 5 本章小结

3 ZnON钝化层掺La改善GaAs MOS界面和电特性研究

3. 1 引言

3. 2 实验过程

3. 3 实验结果和分析

3. 4 本章小结

4 NH3等离子体处理ZnLaON钝化层工艺条件的优化

4. 1 引言

4. 2 实验过程

4. 3 实验结果和分析

4. 4 本章小结

5 总结及展望

5. 1 总结与创新点

5. 2 展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文目录