同步辐射研究铪基高k介质/InGaAs界面特性及元素扩散调控
批准号:
U1632121
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
50.0 万元
负责人:
卢红亮
依托单位:
学科分类:
上海光源
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨利峰、李俊琴、刘海岗、陈宏彦、王韬、孙龙、顾雨竹
中文摘要
本项目面向10 nm技术节点以下的先进集成电路工艺,开展铪基高介电常数(k)介质/InGaAs半导体界面特性及元素扩散等关键技术研究。拟采用上海光源高分辨、高灵敏度的同步辐射光发射电子显微镜,重点分析铪基高k介质/InGaAs界面形成过程中的表面、界面化学反应机制,精确追踪原子层沉积工艺、快速热退火条件下InGaAs衬底元素In、Ga和As等在高k介质中的扩散过程及其具体分布,从纳米尺度阐明表面、界面微观结构及其组分演变规律。利用同步辐射X射线吸收谱和第一性原理计算分析扩散元素对铪基高k薄膜的介质特性影响,揭示器件电学特性与其微结构缺陷之间的内在关系。在此基础上,提出采用含N表面钝化方法及微波热退火技术来抑制界面元素扩散,有效调控界面特性,掌握提升铪基高k介质/InGaAs金属氧化物半导体(MOS)器件可靠性的关键技术,为研制出高性能的III-V族MOSFETs提供理论依据和解决方案。
英文摘要
This project is to solve the key problems in the advanced integrated circuit technology for the application at the node below 10 nm. It will investigate the interfacial properties and its elements diffusions at the interface of hafnium-based high dielectric constant (high-k) insulators/InGaAs semiconductor. The study will firstly focus on the surface and interface chemical reaction mechanism during the interface formation using the synchrotron radiation photoemission microscopy with high resolution and high sensitivity in Shanghai Synchrotron Radiation Facility. With the advanced characterization methods, it can precisely track the diffusions of indium, gallium and arsenic elements from the InGaAs substrate. The effect of atomic layer deposition process and rapid thermal annealing parameters on the element diffusion and their distribution will be investigated emphatically. As a result, the microscopic structures and the component evolution rules at the surface and interface will be clarified at the nanometer scale. Moreover, the influence of the diffusion elements on the dielectric properties of hafnium-based high-k insulators will be studied using synchrotron radiation X-ray absorption spectroscopy and first-principles calculations. It is expected to reveal the intrinsic relationship between the electrical characteristics of the devices and microstructural defects. On this basis, the surface passivation methods using NH3 plasma pretreatments, atomic layer deposition a thin AlN layer, and microwave thermal annealing technology will be proposed to effectively inhibit the interface element diffusions, respectively. It helps to improve the reliability of hafnium-based high-k insulators /InGaAs metal oxide semiconductor (MOS) devices by reducing the interface state density and frequency dispersion effect. The research results can provide some theoretical bases and feasible solutions for developing high performance III-V MOSFETs.
本项目主要面向10 nm技术节点以下的先进集成电路工艺,开展高k介质/III-V族半导体界面调控关键共性问题研究。为此本项目将借助高性能的同步辐射和XPS等微纳测试技术,并结合理论计算和电学表征方法,厘清高k介质与InSb、InAs、InP和InGaAs界面的化学反应和元素扩散机制,探讨高k介质/InGaAs界面缺陷的形成机理、演变过程以及湮灭机制并精细控制,揭示器件电学特性与其微结构缺陷之间的内在关系,进而提出控制界面元素扩散的有效钝化方法,为进一步制备出高性能的III-V族晶体管提供实验基础和理论指导。1)利用光电子能谱,同步辐射光电子能谱等技术分别对HCl预处理和天然氧化的InSb、InAs、InGaAs等样品在沉积HfO2、Al2O3等高k介质薄膜前后,以及快速热退火后的界面化学,元素扩散,元素脱吸附现象和表面形貌进行了系统的表征。通过XPS和SRPES表征发现两组样品在沉积完高k介质薄膜后都发生了衬底再氧化及元素的扩散现象栅介质,并优化出相应的制备工艺参数。2)探索了InP、Ge等高迁移率半导体材料与新型的高k 介质之间的能带对准情况研究,为厘清基于新一代IC高迁移率半导体沟道层与高k介质之间的晶体管的电学特性影响因素和分析其内在物理机制,提供理论参考。3)实现了在原子层尺度上高质量HfAlO、HfO2、AlN、AlON、SiO2、Ga2O3等介质薄膜的可控制备,掌握相应的组分精确调控的方法,并获取了相应的工艺参数、生长规律和薄膜质量控制因素。为后续在III-V族衬底上生长相应的高k介质,以及制备半导体相关器件的器件奠定了坚实的基础。
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Investigation of growth characteristics, compositions, and properties of atomic layer deposited amorphous Zn-doped Ga2O3 films
原子层沉积非晶 Zn 掺杂 Ga2O3 薄膜的生长特性、成分和性能研究
DOI:
10.1016/j.apsusc.2019.01.177
发表时间:
2019-05
期刊:
Applied Surface Science
影响因子:
6.7
作者:
[Tao Jiajia, Lu Hong Liang, Gu Yang, Ma Hong Ping, Li Xing, Chen Jin Xin, Liu Wen Jun, Zhang Hao, Feng Ji Jun]
通讯作者:
Feng Ji Jun
Investigation of the Mechanism for Ohmic Contact Formation in Ti/Al/Ni/Au Contacts to β-Ga2O3 Nanobelt Field-Effect Transistors
β-Ga2O3 纳米带场效应晶体管 Ti/Al/Ni/Au 接触中欧姆接触形成机制的研究
DOI:
10.1021/acsami.9b09166
发表时间:
2019-09-04
期刊:
ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子:
9.5
作者:
[Chen, Jin-Xin, Li, Xiao-Xi, Zhang, David Wei]
通讯作者:
Zhang, David Wei
Band alignment of AlN/beta-Ga2O3 heterojunction interface measured by x-ray photoelectron spectroscopy
X 射线光电子能谱测量 AlN/β-Ga2O3 异质结界面的能带排列
DOI:
10.1063/1.5035372
发表时间:
2018
期刊:
Applied Physics Letters
影响因子:
4
作者:
[Chen Jin Xin, Tao Jia Jia, Ma Hong Ping, Zhang Hao, Feng Ji Jun, Liu Wen Jun, Xia Changtai, Lu Hong Liang, Zhang David Wei]
通讯作者:
Zhang David Wei
Low-Temperature One-Step Growth of AION Thin Films with Homogenous Nitrogen-Doping Profile by Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition
等离子体增强原子层沉积低温一步生长具有均匀氮掺杂分布的 AION 薄膜
DOI:
10.1021/acsami.7b12262
发表时间:
2017-11-08
期刊:
ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子:
9.5
作者:
[Chen, Hong-Yan, Lu, Hong-Liang, Zhang, David Wei]
通讯作者:
Zhang, David Wei
Composition and Properties Control Growth of High-Quality GaOxNy Film by One-Step Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition
通过一步等离子体增强原子层沉积控制高质量 GaOxNy 薄膜的成分和性能生长
DOI:
10.1021/acs.chemmater.9b02061
发表时间:
2019
期刊:
Chemistry of Materials
影响因子:
8.6
作者:
[Hong-Ping Ma, Xiao-Xi Li, Jia-He Yang, Peihong Cheng, Wei Huang, Jingtao Zhu, Tien-Chien Jen, Qixin Guo, Hong-Liang Lu, David Wei Zhang]
通讯作者:
David Wei Zhang
共 16 条
晶圆级二维金属硫化物薄膜生长机制、缺陷调控及晶体管性能研究
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批准号:61874034
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2018
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负责人:卢红亮
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依托单位:
原子层尺度可控的InGaZnO薄膜和异质结构制备及其应用研究
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批准号:61376008
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2013
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负责人:卢红亮
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依托单位:
高K栅介质/III-V族半导体界面的原位调控及性能研究
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批准号:51102048
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2011
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负责人:卢红亮
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依托单位:
国内基金
海外基金