Abstract
金氧半場效電晶體成功的微縮了100 倍。但是微縮到0.1 微米以下時，複晶矽閘面臨許多不易克服的問題。這些問題有複晶矽空乏、P 型電晶體的硼穿透問題、複晶矽的電阻係數偏高等問題，而金屬閘極可以同時解決上述三項問題。本論文實驗研究可分為四大部份： 第一部分為以不同hafnium (Hf)和tantalum (Ta) 組成比的HfxTayN閘電極和PMA(Post Metal Annealing)溫度來研究元件電特性。實驗結果發現Hf0.27Ta0.58N0.15具有最薄的EOT、最小的磁滯、最佳的可靠度，即使經過950oC 45秒的退火，對功函數、EOT、漏電流、Dit的影響也不明顯。 第二部分為以HfOxNy當作介電層，在其上沉積Hf0.27Ta0.58N0.15閘電極，和傳統的TaN閘電極比較，實驗結果發現Hf0.27Ta0.58N0.15閘電極具有較好的熱穩定性以及可靠度。 第三部分為以Hf0.27Ta0.58N0.15作為金屬閘極，搭配垂直爐管所成長的超薄閘氧化層，期望閘電極金屬中的Hf、Ta能和超薄SiO2反應形成EOT在1nm以下的新介電層，此介電層和基板間的介面為SiO2，因此新介電層能擁有完美的介面。實驗結果發現，使用垂直爐管所成長出的二氧化矽(ISHC SiO2)薄膜擁有較薄且具均勻性的EOT，在可靠度方面如磁滯、SILC、Dit上也有優異的特性。即使經過950oC 45秒的退火，對EOT、漏電流、磁滯、SILC、Dit的影響也不明顯。 第四部分為以不同氮組成比的HfTaNx閘電極和PMA(Post Metal Annealing)溫度來研究元件電特性，實驗結果發現Hf0.15Ta0.34N0.51閘電極擁有大約4.2eV且熱穩定性良好的功函數。