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南京大学承担的“极大规模集成电路用高K关键材料技术研究”项目顺利通过验收

南京大学承担的“极大规模集成电路用高K关键材料技术研究”项目顺利通过验收

来源:
2015/01/07
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日前通过验收的极大规模集成电路用高K关键材料技术研究2009ZX02039)项目是国家02科技重大专项《极大规模集成电路制造技术及成套工艺》设立的重要前瞻性研究项目。该项目主要针对32-22nm技术节点极大规模集成电路CMOS技术需要,开发具有自主知识产权的高k材料前驱体及其合成工艺,开发与半导体工艺相兼容的原子层沉积(ALD)高k材料制备关键技术以及性能优良的先进高k材料,通过原型器件对材料进行验证,最终为极大规模集成电路技术发展,提供关键的高k材料和制备技术支持。项目的主要成果突出表现在以下几个方面:

1)在高K材料前驱体材料合成制备技术取得重要突破,研制的16种有机铪、有机锆和有机稀土前驱体材料试用效果优异,部分材料在先导工艺开发平台上线测试应用,取得良好结果,应用性能与国外高品质源相当。

2)采用自主研发高K材料前驱体,开发出与硅基半导体工艺兼容的原子层淀积(ALD)栅介质关键制备技术,并研发出8种新型极大规模集成电路用高K材料。

3)发明了半浮栅晶体管(SFGTSemi-Floating-Gate Transistor)新型的基础器件,研究成果发表在20138月出版的《Science》杂志,这也是我国科学家在Science上发表的第一篇微电子器件领域的原创性成果。

4)开发出基于高K材料HfLaORRAM器件,并成功向国内著名微电子企业华虹NEC技术转移。提出了电场控制阻变存储器模型,将HfO2K介质ALD生长技术转移到企业,用做射频无源MIM电容的介质。

5)研发了4种极大规模集成电路用的高k材料体系。发展了三种有效的表面钝化方法,在GeGaAs衬底上系统提出了化学溶液法、自清洁法、引入界面控制层法三种钝化机制。发展了GeGaAsGaN衬底与高k栅介质的能带匹配调控方法。

6)通过激光分子束外延技术制备单晶稀土铪基高k栅介质薄膜。通过研究稀土对氧化铪的能带调控原理,增大了新型稀土铪基高k栅介质带隙,降低了高k栅介质漏电流。

7)突破了Si/SOI表面钝化技术、高介电常数HfO2相形成技术和石墨烯表面直接生长高k介质薄膜技术。Si/SOI与高k薄膜之间的界面层可以控制在1nm以内,3-4nm厚度高k薄膜的等效栅氧厚度可达0.6-1nm。通过稀土掺杂,研制出含有立方和四方相的高介电常数HfO2薄膜。石墨烯表面利用水基ALD技术直接生长9nmAl2O3薄膜,介电常数达到7,击穿电压达到4MV/cm

8)利用自主开发的HfALD源制备的高K栅介质和金属栅材料,在MOS器件上得到成功验证,材料和工艺水平达到国际先进水平,同时拓展了高K材料的应用范围。

本项目在实施期间,共申请发明专利61件,其中国际专利5件。已有多件专利成果成功向国内著名企业实现成果转移。项目取得的研究成果奠定了我国微电子新材料技术发展基础。