Традиционный затвор из высоколегированного поликремния

Традиционный затвор из высоколегированного поликремния обеднен подвижными носителями вблизи границы затвор-диэлектрик, когда полевой транзистор в единице. Обедненная область служит для увеличения эффективной толщины подзатворного диэлектрика  , обычно на величину порядка 6 Å. Использование металлического затвора исключает эффект обеднения, а следовательно позволяет использовать более тонкие затворы, что позволяет лучше контролировать коротко-канальные эффекты и облегчает масштабирование транзистора. Термическая нестабильность для highk подзатворного диэлектрика в контакте с поликремниевым затвором, которая делает затруднительным достижение значения порогового напряжения (особенно для p-МОП транзисторов), является еще одной причиной для введения технологии с металлическим затвором.

Основным параметром материала затвора в полевом транзисторе является его эффективная рабочая функция, . Для планарных и объемных TG полевых транзисторов,  должна быть подобна сильно легированному поликремнию (4.1 eV для n-МОП и 5.2 eV для p-МОП) что бы обеспечить работу поверхностного канала для лучшего контроля короткого канала. Это значит что для n-МОП и p-МОП транзисторов придется использовать различные материалы затвора, поэтому сложность КМОП технологического процесса для технологии с металлическими затворами значительно дороже чем у технологии с поликремниевым затвором. Это связано с тем что появляется надобность в дополнительных операциях литографии и стравливания для того что бы создать различные затворы n-МОП и p-МОП транзисторов.

Методы интеграции металлических затворов включают в себя процессы: «первый затвор» и «последний затвор» (или «заменяющий затвор»).   В процессе первый затвор, затвор формируется до сток/истоковых областей, как и в обычных поликремниевых транзисторах; материал затвора должен быть легко стравливаем и обладать адгезией к подзатворному диэлектрику, а также обладать хорошей термостойкостью, что бы выдержать процессы отжига стока/истока. В процессе последний затвор, фиктивные затворы (например, из поликремния) сформированные ранее, после формирования сток/истоковых областей удаляются; затем последовательно осаждается материал металлического затвора который потом формирует реальный затвор. Подзатворный диэлектрик может быть так же заменен вместе с металлическим затвором, после формирования сток/истоковых областей. Преимущество более сложного процесса последний затвор в том, что он уменьшает термическое воздействие на соединение highk диэлектрика и металлического затвора, что помогает уменьшить количество дефектов, а также механические напряжения на границе раздела металл/диэлектрик, что позволяет улучшить технические характеристики и надежность прибора.

Как упоминалось ранее, нелегированный канал позволяет нам избежать изменений порогового напряжения случайных флуктуациям диффузанта в канале и для достижения набольшей возможно подвижности носителей, что позволяет достичь высокого тока в единице. Для слаболегированных плоских полевых транзисторов,  должна находиться около середины запрещенной зоны (4.7 eV 0.2eV), см. рис. 3. Важно заметить, что это требование отличается для планарных и объемных полевых транзисторов, т.к. используются различные металлы для создания затвора. Другими словами, если наступит полное изменение структуры плоских полевых транзисторов, то технологию металлического затвора тоже надо будет менять. Так как разница между работами выхода n-МОП и p-МОП относительно мала для плоских полевых транзисторов, то можно достичь нужных значений порогового напряжения используя один материал для затвора с регулируемой работой выхода. Примеры материалов с регулируемой  это молибден (Мо) и «FUSI». Мо совместим со стандартными (первый затвор) процессами производства; он может быть осажден путем напыления или химического осаждения и окончательно сформирован путем реактивного ионного травления. Имплантация азота следующая после отжига, формирует слой азота на границе затвора и подзатворного диэлектрика, который позволяет изменять эффективную  молибденового затвора с подзатворным диэлектриком из оксида кремния 5 eV -0.2eV. При этом следует опасаться диффузии   в подложку и повреждения подзатворного диэлектрика во время напыления; следует тщательно подобрать толщину молибденовой пленки и энергию имплантации азота, что бы свести к минимуму повреждения подзатворного диэлектрика во время имплантации.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector