新型HfO-,2-高k柵介質(zhì)MIS電容的電學(xué)特性研究.pdf

1、45nm工藝節(jié)點(diǎn)下傳統(tǒng)的SiO2作為柵氧化層介質(zhì)會(huì)導(dǎo)致電子的直接隧穿效應(yīng)以及柵介質(zhì)層所承受的電場變大，由此引起柵介質(zhì)的泄漏電流增大和可靠性下降等問題，嚴(yán)重阻礙了MOS器件的進(jìn)一步發(fā)展。克服這些問題的有效方法之一是采用高介電常數(shù)的柵介質(zhì)：HfO2取代傳統(tǒng)的SiO2。本文詳細(xì)探討了新型HfO2柵介質(zhì)MIS電容的電學(xué)特性，進(jìn)行了理論仿真和實(shí)驗(yàn)研究。 論文首先通過求解半導(dǎo)體內(nèi)的泊松方程，精確分析了MOS電容的靜電特性包括隨位置變化的電荷

2、密度、電場與電勢的表達(dá)式以及電容與電壓的表達(dá)式，計(jì)算出理想情況下低頻C-V特性曲線和高頻C-V特性曲線；采用Terman法對比理想高頻C-V曲線和實(shí)驗(yàn)C-V曲線，提取了MIS電容的電參數(shù)，包括平帶電壓偏移量、氧化層陷阱電荷密度、界面態(tài)密度和等效氧化層厚度等。對比不同工藝條件下的樣品所提取的電參數(shù)發(fā)現(xiàn)，結(jié)合NH4F預(yù)處理和高溫退火可以顯著降低界面態(tài)和氧化層陷阱電荷，從而極大的降低柵極漏電流。 此外，針對雙頻C-V法測量超薄HfO2