鉭摻雜鉿基高k柵介質(zhì)薄膜的離子束制備與表征.pdf

1、為了解決由柵介質(zhì)層過薄而引起的漏電流顯著增加的難題，人們引入了一種具有高介電常數(shù)(高k)的材料來取代傳統(tǒng)的SiO2。其中，鉿基高k材料由于具備較高的介電常數(shù)和結(jié)晶溫度、優(yōu)異的界面特性和熱穩(wěn)定性以及低的頻率色散和漏電流被廣泛關(guān)注。
　　 本實驗采用雙離子束沉積系統(tǒng)在本底真空5×10-4 Pa和工作氣壓3.2×10-2 Pa條件下，于電阻率為3～8Ωcm的Si襯底上成功制備了高質(zhì)量的Ta2O5和HfTaO薄膜。著重探究了薄膜微結(jié)構(gòu)、

2、介電特性與輔源離子能量、摻雜含量之間的潛在關(guān)系。此外，還研究了不同金屬柵電極(Ag、Au、Pt)對HfTaO基MOS電容漏電流、電容值、可靠性、導(dǎo)電機制的影響。
　　 實驗結(jié)果顯示：(a)在輔源能量200eV下制備的Ta2O5薄膜具有最小的表面粗糙度和優(yōu)異的界面特性。由C-V/I-V特征曲線表明，200eV下制備的Ta2O5基MOS電容具有最小的平帶電壓偏移量、等效氧化層密度以及漏電流。研究表明合適的輔源能量可有效改善薄膜生長機

3、制，使薄膜由類島狀沉積轉(zhuǎn)化為層狀生長，從而提高晶粒均勻性、薄膜平整度以及致密性，使薄膜具有較好的電學(xué)性質(zhì)。(b)通過向HfO2中摻雜Ta元素，可有效提高其物理、電學(xué)特性。尤其是Hf0.54TA0.46O樣品顯示了大的介電常數(shù)(～22)，高的結(jié)晶溫度900℃，小的平帶電壓偏移、氧化層電荷密度以及漏電流。(c)由于Pt金屬具有高的功函數(shù)φms(Pt)=5.65eV，因此Pt/HfTaO/Si/Pt電容在等效厚度Eot小于Ag，Au樣品的情況