Processo/strumento di fabbricazione per gate ad alto contenuto di metallo

Titolo originale:

Manufacturable Process/Tool for high-κ/metal gate

Contenuto del libro:

La potenza legata alla corrente di dispersione fuori dallo stato di riposo domina il problema della dissipazione termica dei circuiti integrati al silicio allo stato dell'arte. In questo studio, la questione è stata affrontata in termini di una tecnica di lavorazione su singolo wafer (SWP) a basso costo, utilizzando un singolo strumento per la fabbricazione di stack di gate ad alto dielettrico per CMOS da meno di 45 nm.

Un sistema per la deposizione fotoassistita monostrato è stato modificato per depositare film di HfO2 di alta qualità con capacità di pulizia in-situ, deposizione di film di ossido in-situ e ricottura in-situ. Il sistema è stato automatizzato con Labview 8.2 per l'erogazione di gas/precursori, la temperatura del substrato e la lampada UV. Gli stack di oro-ossido di afnio-alluminio (Au-HfO2-Al) lavorati in questo sistema presentavano caratteristiche di ossido di qualità superiore, con una densità di corrente di dispersione di gate dell'ordine di 1 x 10-12 A/cm2 @ 1V e una capacità massima dell'ordine di 75 nF per EOT=0,39 nm.

Il raggiungimento di una bassa densità di corrente di dispersione e di un'elevata capacità ha dimostrato le eccellenti prestazioni del processo sviluppato. È stato effettuato uno studio dettagliato delle caratteristiche di deposizione, come la linearità, il comportamento di saturazione, lo spessore del film e la dipendenza dalla temperatura, per un controllo rigoroso dei parametri di processo.

Utilizzando il disegno Box-Behnken degli esperimenti, è stata eseguita l'ottimizzazione del processo per ottenere una ricetta ottimale per i film di HfO2. È stato studiato il trattamento UV con lavorazione in situ di stack di metallo/alto dielettrico per ottenere una variazione ridotta della corrente di dispersione di gate e della capacità.

La microscopia elettronica a trasmissione (TEM) ad alta risoluzione è stata eseguita per calcolare lo spessore di ossido equivalente (EOT) e la costante dielettrica dei film. Nel complesso, questo studio dimostra che la fabbricazione in situ di stack di gate MIS consente costi di lavorazione inferiori, un'elevata produttività e prestazioni superiori del dispositivo".