基于氮等离子体钝化技术的InGaAs沟道MOS场效应晶体管器件的制备与表征

摘要

高迁移率InGaAs沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（metal oxide semiconductor field effect transistor，MOSFET）因其高驱动电流和低静态功耗等特性，在数字电路和射频集成电路应用方面具有巨大优势。然而高的界面态密度（Dit）是InGaAs沟道MOSFET器件性能进一步提高的主要阻碍。本文围绕这个问题展开了一系列的研究，主要研究内容如下： 1) InP衬底表面清洗工艺研究。研究了只采用氢氟酸清洗的方法和采用盐酸和氨水配合清洗的方法对重掺杂InP基MOS电容(metal oxide semiconductorcapacitor，MOSCAP)器件界面特性的影响，通过Dit、频散、滞回及栅漏电流等特性对两种清洗方法进行表征，得出了采用盐酸和氨水配合清洗的方法为较佳的清洗方法。 2)金属化后退火(postmetallization annealing，PMA)工艺研究。基于硫钝化工艺系统地研究了PMA温度对InP基MOSCAP器件的Dit、频散、滞回、栅漏电流等特性的影响。最终得出了300℃为最佳的PMA工艺条件。 3)界面钝化工艺研究。基于前面研究得出的最佳工艺条件，系统地研究了新型氮化工艺对轻掺杂 InP基MOSCAP器件界面特性的影响，得出氮化工艺能改善 InP基MOSCAP界面特性的结论，并与硫钝化工艺进行了简单对比，得出了氮化处理有利于改善器件的滞回特性，而硫钝化有利于改善器件的界面特性的结论，并在重掺杂InP衬底上对氮化工艺和硫钝化工艺进行了详细的对比，验证了氮化工艺的可靠性，同时也验证了在轻掺杂InP衬底上得出的结论。 4)InP基MOSCAP低等效氧化层厚度(equivalent oxide thickness，EOT)特性研究。基于硫钝化工艺研究了降低Al2O3厚度降低EOT和采用Al2O3、HfO2和金属Ti配合使用降低EOT的方法对InP基MOSCAP器件EOT特性的影响，最终得出了采用Al2O3、HfO2和金属Ti配合使用降低EOT的方法为可行的方案。 5) InGaAs埋沟MOSFET器件制备与表征。基于氮化工艺制备了具有InP界面层的InP基InGaAs埋沟MOSFET器件，并通过器件的最大饱和电流、最大跨导以及有效沟道迁移率等特性参数对器件进行了表征，最后分析得出进一步提高器件性能的方法。

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第一章 绪论

§1.1前言

§1.2 CMOS技术的发展

§1.3 CMOS器件所面临的挑战

§1.4高迁移率III-V族半导体MOS器件的优势与挑战

§1.5国内外InGaAs沟道MOSFET器件的研究进展

§1.6本论文研究的内容

第二章 实验材料、设备及表征方法

§2.1实验材料基本参数

§2.2实验设备及其工作原理简介

§2.3测试系统

§2.4 材料及MOS器件表征

§2.5本章小结

第三章 高K介质/III-V族化合物半导体界面特性研究

§3.1高K介质/III-V族化合物半导体界面特性研究综述

§3.2 InP基MOSCAP界面特性研究

§3.3 InP基MOSCAP低EOT特性研究

§3.4本章小结

第四章 InP基InGaAs埋沟MOSFET器件关键工艺研究及器件的制备与表征

§4.1 InGaAs埋沟MOSFET器件关键工艺研究

§4.2 InGaAs埋沟MOSFET器件制备流程

§4.3 InP基InGaAs埋沟MOSFET器件的电学表征

§4.4本章小结

第五章 总结与展望

§5.1本文工作总结

§5.2未来研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士研究生期间的主要研究成果