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HKMG中的各层薄膜介绍及其作用简介

嘉峪检测网 2025-06-05 09:15

导读:MOSFET 中的金属栅极堆叠结构通常由多层薄膜组成。每层薄膜都有其特定的作用,共同优化晶体管的性能、功耗和可靠性。

MOSFET 中的金属栅极堆叠结构通常由多层薄膜组成。每层薄膜都有其特定的作用,共同优化晶体管的性能、功耗和可靠性。

 

以下是一些关键层及其功能:

 

1.界面层(Interfacial Layer)

作用:改善高k介质与硅衬底之间的界面质量。

材料:通常为一层薄的二氧化硅(SiO₂)。

原理:界面层有助于减少界面态密度,提高晶体管的可靠性和性能。

 

2.High-k Dielectric

作用:提高栅极电容,减少栅极漏电流,提升晶体管的性能。

材料:如铪氧化物(HfO₂)。

原理:高k介质可以保持与传统二氧化硅(SiO₂)在相同电容下的同时显著增加物理厚度以降低漏电流。

 

3.Capping layer/ Barrier Layer

作用:防止金属原子扩散到硅衬底中。

材料:如氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN)。

原理:阻挡层可以有效阻止金属原子的迁移,减少短路和漏电流的风险。

 

4.Work Function Tuning Layer

作用:调节栅极的工作函数,进一步优化阈值电压(Vt)。

材料:功函数调节层的材料选择取决于具体的制造工艺。(Poly-Si,TiAl,TiN)

在 Gate first 工艺中,通常使用多晶硅(Poly-Si)作为功函数调节层。

而在 Gate last 工艺中,功函数调节层则采用金属材料。

对于 NMOS 晶体管,常用的功函数金属是 TiAl (~4.1eV).

对于 PMOS 晶体管,常用的功函数金属是 TiN (~5.0eV).

原理:通过选择合适的材料组合,可以精确控制晶体管的阈值电压,以适应不同的应用需求。

 

5.粘附层(Adhesion Layer)

作用:提高上层薄膜与下层材料之间的粘附性。比如在功函数金属与最后的填充金属 Al 之间

材料:如钛(Ti)或钛氮化物(TiN)。

原理:粘附层可以增强各层之间的结合力,防止薄膜在工艺或操作过程中剥离。

 

6.保护层(Protection Layer)

作用:保护栅极结构免受后续工艺步骤(如刻蚀、化学机械抛光)的损伤。

材料:如氮化硅(Si₃N₄)或碳化硅(SiC)。

原理:保护层可以减少物理损伤和化学腐蚀,提高栅极结构的稳定性。

来源:十二芯座

关键词: MOSFET

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