Hf基高k材料的物性表征.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、國際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖(ITRS)預(yù)言了先進(jìn) Complementary Metal-Oxide.Semiconductor(CMOS)器件尺寸縮減的趨勢。當(dāng)柵層的等效氧化厚度小于1.5nm時,傳統(tǒng)的SiO<,2>材料已經(jīng)達(dá)到了物理極限,由量子遂穿效應(yīng)引起的漏電流在這個尺度內(nèi),將會隨厚度減小而呈指數(shù)式增加。因此,使用高k(介電常數(shù))材料來取代SiO<,2>是目前半導(dǎo)體工藝發(fā)展的趨勢。因為在相同的電容值的情況下,高k材料具有更厚的厚度,可以有

2、效地減小漏電流的發(fā)生。同時,因為閥值電壓反比于柵介質(zhì)的介電常數(shù),所以高k材料還具有較低閥值電壓,從而有助于提高整體器件的靈敏性。但是,對于合適的高k材料的選取要求比較嚴(yán)格。比如介電常數(shù)要適中,不宜過高。因為過高的介電常數(shù)往往會導(dǎo)致帶寬的減小,從而增加了漏電流。另外還要求高k材料與硅接觸有良好的熱穩(wěn)定性等等。在眾多的高k材料中,Hf02是公認(rèn)的最具前景的替代SiO<,2>的柵介質(zhì)材料,HfO<,2>和Hf基介質(zhì)材料因而受到了人們廣泛的關(guān)注

3、。 本篇論文的工作主要集中在HfO<,2>和HfON高k介質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)上,同時對HfO<,2>高k材料的光致發(fā)光以及場發(fā)射特性進(jìn)行了初步的研究。利用濺射實驗方法的特點(diǎn),制備了具有良好電學(xué)性質(zhì)的HfON-HfO<,2>-HfON結(jié)構(gòu)的堆棧薄膜。HfON是HfO<,2>同HfN之間的過渡化合物,由于它特殊的性質(zhì),在實驗中發(fā)現(xiàn)并初步分析了其與多孔硅,稀土發(fā)光材料結(jié)合的發(fā)光現(xiàn)象,以及HfON自身場發(fā)射現(xiàn)象的原因。具體如下: 1.

4、Hf基高k材料的電學(xué)性質(zhì)。首先設(shè)計并制備了HfON-HfO<,2>-HfON堆棧結(jié)構(gòu),通過其與純HfON和HfO<,2>性質(zhì)的對比,發(fā)現(xiàn)它除了具有良好的電學(xué)特性,還具有較好的阻擋氧擴(kuò)散的能力。同時,因為具有制備簡單,未引入新的雜質(zhì)元素的特點(diǎn),適宜于大規(guī)模工藝的應(yīng)用。其缺點(diǎn)在于如何進(jìn)一步控制三層之間的界面分界與相關(guān)層的厚度。 電荷陷阱一直被認(rèn)為是阻擋Hf基材料在CMOS技術(shù)中應(yīng)用的主要問題之一。比如它會導(dǎo)致閥值電壓的不穩(wěn)定和遷移率

5、的降低。通過測量C-V性質(zhì)的變化,以及分析萃取的閥值電壓,平帶電壓,可以表征其基本情況。這篇論文對影響高k柵介質(zhì)的電荷陷阱的性質(zhì)進(jìn)行了研究。通過對電容-電壓特性,以及漏電流特性的測試,分析了陷阱俘獲和釋放過程,并且對制備的高k薄膜的陷阱能級進(jìn)行了分析。同時,通過簡便有效的厚度變動對電學(xué)性質(zhì)的影響分析,對陷阱缺陷的分布做了粗略的推斷。 2.Hf基材料的光致發(fā)光同場發(fā)射特性。Hf基材料具有廣泛的應(yīng)用。本論文在對Hf基材料的高k性質(zhì)進(jìn)行研究的

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