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嘉峪檢測網 2025-06-05 09:15
MOSFET 中的金屬柵極堆疊結構通常由多層薄膜組成。每層薄膜都有其特定的作用,共同優化晶體管的性能、功耗和可靠性。
以下是一些關鍵層及其功能:
1.界面層(Interfacial Layer)
作用:改善高k介質與硅襯底之間的界面質量。
材料:通常為一層薄的二氧化硅(SiO?)。
原理:界面層有助于減少界面態密度,提高晶體管的可靠性和性能。
2.High-k Dielectric
作用:提高柵極電容,減少柵極漏電流,提升晶體管的性能。
材料:如鉿氧化物(HfO?)。
原理:高k介質可以保持與傳統二氧化硅(SiO?)在相同電容下的同時顯著增加物理厚度以降低漏電流。
3.Capping layer/ Barrier Layer
作用:防止金屬原子擴散到硅襯底中。
材料:如氮化鈦(TiN)或氮化鉭(TaN)。
原理:阻擋層可以有效阻止金屬原子的遷移,減少短路和漏電流的風險。
4.Work Function Tuning Layer
作用:調節柵極的工作函數,進一步優化閾值電壓(Vt)。
材料:功函數調節層的材料選擇取決于具體的制造工藝。(Poly-Si,TiAl,TiN)
在 Gate first 工藝中,通常使用多晶硅(Poly-Si)作為功函數調節層。
而在 Gate last 工藝中,功函數調節層則采用金屬材料。
對于 NMOS 晶體管,常用的功函數金屬是 TiAl (~4.1eV).
對于 PMOS 晶體管,常用的功函數金屬是 TiN (~5.0eV).
原理:通過選擇合適的材料組合,可以精確控制晶體管的閾值電壓,以適應不同的應用需求。
5.粘附層(Adhesion Layer)
作用:提高上層薄膜與下層材料之間的粘附性。比如在功函數金屬與最后的填充金屬 Al 之間
材料:如鈦(Ti)或鈦氮化物(TiN)。
原理:粘附層可以增強各層之間的結合力,防止薄膜在工藝或操作過程中剝離。
6.保護層(Protection Layer)
作用:保護柵極結構免受后續工藝步驟(如刻蝕、化學機械拋光)的損傷。
材料:如氮化硅(Si?N?)或碳化硅(SiC)。
原理:保護層可以減少物理損傷和化學腐蝕,提高柵極結構的穩定性。
來源:十二芯座