高k栅介质NMOSFET远程声子散射对沟道迁移率的影响

器件沟道长度为1μm，HFO2栅介质厚度为4.88nm；SiO2栅介质厚度为2nm；P衬底掺杂浓度4E15cm^-3；栅电极为铝金属。

在高K栅介质中，有效的金属功函数模型：

Remote Phonon Scattering Mobility Model：

不考虑远程声子散射影响：

ID~VG

Q~VG

NMOB~EP

PMOB~EP

考虑远程声子散射影响：

ID~VG

Q~VG

NMOB~EP

PMOB~EP

（1）高K金属栅：

随着晶体管的尺寸缩小，栅氧厚度和源漏间距进一步减小，栅漏电流以及源漏间的漏电流急剧增加，传统的SiO2和SiON都己经无法满足工业界的需求。为了克服这些问题，只能采用介电常数较高的高k介质替代传统的Si02介质。高k栅介质能够在保持栅电容不变的同时，增加栅介质的物理厚度，达到降低栅漏电流和提高器件可靠性的双重目的。

在元素周期表里要找到符合条件的可能元素的氧化物,就需要综合考虑以下方面的问题：合适的k值；较高的禁带宽度（Eg）和导带价带能带补偿（ᐃEc和ᐃEv）；与Si接触的热稳定性要好；能与Si衬底形成良好的接触界面，应尽量保证Hf02/Si接触界面光滑平整，界面缺陷少；材料的薄膜性能要好，材料的相变温度应尽量高，组分和结晶性稳定；与栅材料的兼容性要好，不与硅栅之间发生反应；与现有的工艺兼容；长期工作的可靠性要好 。

HfO2作为栅介质具有很多的优点，也在工业界得到了广泛的应用，但是由于HfO2本身结晶温度较低不利于后续工艺的高温处理, HfO2直接与Si衬底接触界面较差，另外在薄膜沉积过程中容易产生高浓度的氧空位等缺陷，这些材料特性使得以HfO2为栅介质的器件的可靠性受到了巨大的挑战。以HfO2为栅介质的器件的可靠性问题主要有以下几个方面：阈值电压的滞后现象（hysteresis）、正偏压或负温度不稳定性（PBTI or NBTI）、热载流子效应（HCI）应力引起的漏电流（SILC）以及时变击穿（TDDB）。