| 摘要 | 第1-12页 |
| Abstract | 第12-15页 |
| 第一章 绪论 | 第15-32页 |
| ·引言 | 第15-16页 |
| ·SiO_2栅氧化层厚度无法减薄的解决方案 | 第16-17页 |
| ·引入高介电常数介质的常规要求 | 第17-19页 |
| ·几种高k栅介质的特性 | 第19-21页 |
| ·三氧化二铝(Al_2O_3) | 第19页 |
| ·Al_2O_3作为High-k栅介质的优点: | 第19页 |
| ·Al_2O_3作为High-k栅介质的缺点: | 第19页 |
| ·铪基高介电常数介质 | 第19-20页 |
| ·Hf基高介电常数介质的优点: | 第20页 |
| ·Hf基High-k介质的缺点: | 第20页 |
| ·La系High-k介质 | 第20-21页 |
| ·La系High-k介质的优点 | 第20-21页 |
| ·La系High-k介质的缺点 | 第21页 |
| ·目前高k栅介质应用中存在的问题 | 第21-22页 |
| ·High-k组分与介电常数,热稳定性和禁带宽度的综合考虑 | 第21页 |
| ·High-k/Si结构的界面品质的提高 | 第21-22页 |
| ·新型金属栅在High-k介质上的功函数漂移的问题 | 第22页 |
| ·High-k介质造成的衬底迁移率退化的问题 | 第22页 |
| ·高k栅介质的制备工艺 | 第22-24页 |
| ·原子层淀积(ALD) | 第23页 |
| ·分子束外延法(MBE) | 第23页 |
| ·化学气相淀积(CVD) | 第23页 |
| ·物理气相淀积(PVD) | 第23-24页 |
| ·脉冲激光沉积法(PLD) | 第24页 |
| ·高k栅介质随集成电路技术节点的发展趋势 | 第24-25页 |
| ·本文研究的目的和主要内容 | 第25-26页 |
| ·参考文献 | 第26-32页 |
| 第二章 单晶Gd_2O_3和Nd_2O_3高k栅介质的制备、工艺优化和性能表征 | 第32-60页 |
| ·引言 | 第32页 |
| ·La系氧化物在Si衬底上外延的生长分析 | 第32-34页 |
| ·样品制备和实验方法 | 第34-36页 |
| ·实验设备 | 第34-35页 |
| ·样品制备和测试方法 | 第35-36页 |
| ·初淀积单晶Gd_2O_3介质的结构和电学特性分析 | 第36-42页 |
| ·初淀积单晶Gd_2O_3的结构分析 | 第36-37页 |
| ·初淀积单晶Gd_2O_3的电学特性分析 | 第37-42页 |
| ·初淀积单晶Gd_2O_3的C-V特性曲线分析 | 第37-40页 |
| ·初淀积Gd_2O_3/Si(100)结构的界面态密度分析 | 第40-42页 |
| ·初淀积单晶Gd_2O_3电学特性的讨论 | 第42页 |
| ·Gd_2O_3基MOS结构制备工艺的优化 | 第42-45页 |
| ·优化工艺后Gd_2O_3基MOS结构的电学特性分析 | 第45-51页 |
| ·经过工艺优化的W/Gd_2O_3/Si(100)结构的C-V特性曲线分析 | 第45-47页 |
| ·经过工艺优化的W/Gd_2O_3/Si(100)结构的界面态密度分析 | 第47-48页 |
| ·经过工艺优化的W/Gd_2O_3/Si(100)结构的栅极漏电流分析 | 第48-49页 |
| ·经过工艺优化的Pt/Gd_2O_3/Si(100)结构的C-V特性曲线分析 | 第49-51页 |
| ·单晶栅介质/Si近界面氧化层缺陷(NIOT)的测定 | 第51-54页 |
| ·近界面氧化层缺陷 | 第51页 |
| ·NIOT的观测 | 第51-52页 |
| ·NIOT的定量分析 | 第52-53页 |
| ·NIOT计算方法的验证 | 第53-54页 |
| ·本章结论 | 第54-55页 |
| ·参考文献 | 第55-60页 |
| 第三章 原子层淀积Al_2O_3、HfO_2和Hf_xAl_yO_z栅介质研究 | 第60-85页 |
| ·引言 | 第60-61页 |
| ·原子层淀积几种高k栅介质 | 第61-62页 |
| ·实验过程和样品制备 | 第62-66页 |
| ·实验设备 | 第62-63页 |
| ·反应源的选择 | 第63-64页 |
| ·Al_2O_3和HfO_2薄膜的原子层淀积 | 第64-65页 |
| ·原子层淀积Al_2O_3 | 第64-65页 |
| ·原子层淀积HfO_2 | 第65页 |
| ·薄膜成分XPS分析 | 第65-66页 |
| ·GaAs上原子层淀积Al_2O_3栅介质 | 第66-75页 |
| ·热氮化Sulfurated-GaAs表面的工艺步骤 | 第67页 |
| ·Al/Al_2O_3/GaAs(100)MOS结构的电学表征 | 第67-71页 |
| ·Al/Al_2O_3/GaAs(100)MOS结构的C-V特性曲线分析 | 第67-70页 |
| ·Al/Al_2O_3/GaAs MOS结构的界面态密度分析 | 第70-71页 |
| ·积累电容密度上升的机理 | 第71-75页 |
| ·Si衬底上生长的Hf_xAl_yO_z薄膜 | 第75-79页 |
| ·实验样品的制备 | 第75页 |
| ·样品组分的XPS分析 | 第75-76页 |
| ·Al/HfAlO_(3.5)/Si(100)MOS结构的电学特性分析 | 第76-79页 |
| ·Al/HfAlO_(3.5)/Si(100)MOS结构的C-V特性曲线分析 | 第76-78页 |
| ·Al/HfAlO_(3.5)/Si(100)MOS电容的界面态分析 | 第78-79页 |
| ·本章结论 | 第79-80页 |
| ·参考文献 | 第80-85页 |
| 第四章 铪基高k栅介质中的本征点缺陷及其钝化 | 第85-110页 |
| ·引言 | 第85页 |
| ·理论计算方法 | 第85-89页 |
| ·密度泛函理论 | 第85-86页 |
| ·交换相关泛函的选取 | 第86-87页 |
| ·VASP的介绍 | 第87-88页 |
| ·本文第一性原理计算的架构 | 第88-89页 |
| ·HfO_2栅介质中的氧空位对能带结构的影响 | 第89-91页 |
| ·HfO_2栅介质的原子结构和能带 | 第89-90页 |
| ·HfO_2高k栅介质中氧空位对能带和性能的影响 | 第90-91页 |
| ·V_3氧空位对HfO_2能带结构的影响 | 第90页 |
| ·V_4氧空位对HfO_2能带结构的影响 | 第90-91页 |
| ·氧空位对HfO_2 MOS结构漏电流的影响 | 第91页 |
| ·氟对HfO_2中氧空位的钝化作用 | 第91-95页 |
| ·氟对HfO_2氧空位钝化的原子结构模型 | 第92-93页 |
| ·氟钝化作用的态密度解释 | 第93-95页 |
| ·氟对HfSiO_4和HfO_2中氧空位钝化作用的比较研究: | 第95-98页 |
| ·F对HfSiO_4氧空位钝化的原子结构模型 | 第95-96页 |
| ·F离子钝化作用的态密度解释 | 第96-98页 |
| ·氟和氮对HfSiO_4中O空位钝化作用的比较研究: | 第98-105页 |
| ·第一性原理计算方法的改进 | 第98-99页 |
| ·体系的能带匹配 | 第99页 |
| ·氟和氮在HfSiO_4氧空位带电态随体系费米能级的变化 | 第99-101页 |
| ·在各个费米能级下稳定带电态的原子结构图 | 第101-102页 |
| ·HfSiO_4介质氧空位中的氟对MOS结构平带电压和电压滞回的影响 | 第102-103页 |
| ·氟和氮对MOS结构栅极漏电流的影响 | 第103-105页 |
| ·本章结论 | 第105-106页 |
| ·参考文献 | 第106-110页 |
| 第五章 Cl、Ge和B杂质对铪基高k栅介质电学特性的退化机理研究 | 第110-144页 |
| ·引言 | 第110页 |
| ·原子层淀积工艺中残留氯离子对铪基栅介质电学特性的影响 | 第110-124页 |
| ·HfO_2栅介质中氯残留的原子结构计算模型 | 第111页 |
| ·氯残留对HfO_2电学特性影响的讨论 | 第111-118页 |
| ·体系的能带匹配 | 第111-112页 |
| ·Cl残留带电态随体系费米能级的变化分析 | 第112-113页 |
| ·各个稳定带电态的原子结构图 | 第113-115页 |
| ·Cl残留对体系在MOS结构平带电压和电压滞回影响的讨论 | 第115-116页 |
| ·Cl残留对MOS结构栅极漏电流的影响 | 第116-118页 |
| ·氯残留对HfSiO_4影响的计算模型 | 第118页 |
| ·氯残留对HfSiO_4电学特性影响的讨论 | 第118-124页 |
| ·Cl残留带电态随体系费米能级的变化分析 | 第118-119页 |
| ·各个稳定带电态的原子结构图 | 第119-121页 |
| ·Cl残留对体系在MOS结构平带电压和电压滞回影响的讨论 | 第121-122页 |
| ·Cl残留对MOS结构栅极漏电流的影响 | 第122-124页 |
| ·锗衬底原子外扩对铪基栅介质电学特性的影响 | 第124-133页 |
| ·锗衬底原子外扩的计算模型 | 第125页 |
| ·锗衬底原子外扩对铪基栅介质的电学影响讨论 | 第125-133页 |
| ·体系的能带匹配 | 第125-126页 |
| ·Ge缺陷带电态随体系费米能级的变化分析 | 第126-128页 |
| ·三种Ge缺陷在HfO_2/金属栅界面对MOS结构电学特性影响的讨论 | 第128-130页 |
| ·三种Ge缺陷在HfO_2/Ge界面对MOS结构电学特性影响的讨论 | 第130-133页 |
| ·硼杂质对基于HfO_2高k栅介质的pMOSFET器件阈值电压的影响 | 第133-137页 |
| ·硼穿通在HfO_2介质中的原子结构计算模型 | 第133页 |
| ·硼穿通对HfO_2基pMOSFET阈值电压影响的机理探讨 | 第133-137页 |
| ·体系的能带匹配 | 第133-134页 |
| ·硼缺陷带电态随体系费米能级的变化分析 | 第134-135页 |
| ·硼缺陷影响pMOSFET阈值电压机理的探讨 | 第135-136页 |
| ·硼缺陷对HfO_2基MOS结构栅极漏电流的影响 | 第136-137页 |
| ·本章结论 | 第137-139页 |
| ·参考文献 | 第139-144页 |
| 第六章 全文结论 | 第144-147页 |
| 攻读博士学位期间发表和待发表的论文 | 第147-151页 |
| 1.纳米CMOS先进栅介质论文 | 第147-149页 |
| 2.铜互连论文 | 第149页 |
| 2.先进CMOS器件可靠性论文 | 第149-151页 |
| 致谢 | 第151-152页 |
