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采用低温热氧化法制作SiGe+MOS栅介质.pdf
采用低温热氧化法制作SiGeMOS栅介质
徐婉静 谭开洲 张静
模拟集成电路国家重点实验室
(信息部电子第24研究所重庆400060丕丕塑jj!!!曼墼i凸垒:g蚀)
摘要为了获得性能良好的SiGeMOSSioz栅介质薄膜,探索用低温热氧化工艺制作SiGeMOS
栅介质,本文给出了实验结果,显示SiGe材料的氧化与硅材料氧化存在的差异,将
氧化法生长的介质层与PECVD生长的介质层进行了比较。低温热氧化技术已用于
SiGe
PMOS研制.
关键词低温热氧化栅介质薄膜SiGe材料
1引言
Si/SiGe应变层异质结构是利用能带工程技术发展起来的新材料,利用Si/SiGe材料制作
MOS器件,一方面能有效提高了器件的沟道迁移率,提高器件的跨导,另一方面能与现有的
MOS器件的研制中,关键技术是栅介质膜的制作,近年来,对制备
成熟硅工艺兼容。在SiGe
薄膜的界面特性,工艺条件和结构等的研究非常活跃。由于硅盖帽层要生长在Sil.xGe。层上,
处于张应变状态,且其纵向晶格常数与体硅不同,加之SiGe层的应变结构在高温下将产生应
力释放,从而导致大量缺陷产生,因此国内外报导中常见的是采用低温化学淀积法制作栅介
质膜,我们也采用过等离子增强化学气相淀积(PECVD)制作栅介质膜,但由于PECVD生
长的氧化膜质量不够好,表面态较高,这直接影响器件的开启电压,所以器件测试结果Vrp
值较大,虽经退火处理等手段进行改善,但效果仍不令人满意。
低温热氧化工艺是在硅材料上生长Si02的常用的成熟工艺,用此方法生长的介质膜缺陷
少,表面态低。由于前面所述的SiGe材料的特殊性质,采用热氧化法制作栅介质薄膜很难控
制。
本文对低温热氧化法制备Si02工艺进行了研究,摸索在相同条件下(温度时间)与体硅
上生长的SiO:层在厚度和质量上的区别。
2实验
(1)材料的制备
PMOS器件所需的
为了研究和比较,特准备7--份实验样品。1号实验片是为研制SiGe
材料片,如图1所示,此材料片外延结构为四层,衬底为100晶向Si单晶,第二层是为了减
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小外延层位错而生长的Si缓冲层,充当应力释放区第三层为SiGe层,
最外层为Si盖帽层。
三层外延层采用分子束外延设备(MBE)生长。Si缓冲层50nm、SiGe层15nmGe含量为0.15
nrn。
到0.25缓变、盖帽层20
2号实验片与第一份基本相同,只是将最后一层,
即原来掺杂的20nm盖帽层改为20nm的本征硅。 N.SilEl5
3号实验片为衬底为100晶向Si单晶硅片,不
生长SiGe层。 N-Si
z.。Ge。5E15
外延层用法国耻BBER公司生产的RS2分子柬外
延设备生长。 N.SilEl6
(2)栅介质薄膜的制备
13扩散
热氧化实验在北京建中仪器厂生产的L45 N-Sub100
炉中进行,材料片先经清洗和甩干,然后将三种材料
片同时进炉。为防止SiGe层驰豫,氧化实验的温度选
图1 材料片外延结构
择在800℃以下。
3实验结果及讨论
MOS的设计要求,需生长120埃的栅介质层。为了保证重复性,反复进行
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