新一代MOSFET栅极电介质材料的研究进展.pdf

丝 塑 箩 料 2006年增刊(37)卷 新一代MOSFET栅极电介质材料的研究进展“ 谷志刚，王东生 (南京航空航天大学理学院，江苏南京210016) 摘要： 随着半导体技术的飞速发展，传统的SiO。 见，作为传统栅极电介质材料的SiO。制约了MOS 无法克服由MOSFET器件特征尺寸的不断缩小所带 FET器件集成度的提高。 来的量子隧穿效应的影响，从而极大地制约了微电子 随着栅极电介质层厚度的减小，要保证MOSFET 器件集成虚的提高。目此寻找新一代MOSFET栅极 器件有足够的驱动电流能力，就必须保持或增大栅极 电介质材料来取代siOz已经成为人们研究的热门课电容，同时还要使栅极电介质层有足够的物理厚度来 题。文章总结了新型high_k材料所需满足的性能要 限制量子隧穿效应，以降低由此效应引起的栅极漏电 求，介绍了近年主要high-k材料的研究成果，并综述 流。根据电容与介电常数和厚度的关系： 了新一代MOSFET栅极电介质薄膜材料LaAlo。的 (2) 研究进展。 c—e。e，7A 关键词： 金属一氧化物一半导体场效应管；高介电常 上式中，￡0为真空介电常数，E，为介质相对介电常 数；LaAIO。薄膜；栅极电介质 数，A为电容面积，t为介质厚度。可以看出，最为有效 中圈分类号： TN386 文献标识码：A 的解决办法就是提高栅极电介质材料的介电常数。因 此，寻找具有高介电常数的新一代MOSFET栅极电 文章编号：1001—9731i2006)增刊一0198—04 介质材料来取代SiOz就成为目前研究的热门课题。 1 引 言 2 High-k材料的研究及其成果 随着微电子技术的进步，半导体集成电路的发展 2．1 high—k材料在性能上的要求 经历了小规模集成(SSI)、中规模集成(MSI)、大规模 自从人们提出“寻找取代SiO。的具有高介电常数 集成(LSI)、超大规模集成(VLsl)和甚大规模集成 的栅极材料”这一课题后，高介电常数材料(highk材 (ULSI)，其芯片的发展遵循了Intel公司Gordon Moore在1965年预言的摩尔定律，即半导体芯片的集 料)就成了新一代栅极电介质材料的代名词。等效氧 成度以每18个月翻一番的速度增长[1]。在硅基半导化物厚度(EOT)也常用来表示薄膜的电学厚度，它的 体集成电路中，金属一氧化物一半导体场效应管 意栅极电介质材料的薄膜厚度to。id；换算为具有相同单 (MOsFET)是构成记忆元件、微处理器及逻辑电路的 基本单元，它的体积直接关系到半导体集成电路的集 位面积电容的si02的厚度，其数值关系为： 成度。根据2005年美国半导体工业协会(SIA)制定 ￡a^ 1