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1、第22卷第3期固体电子学研究与进展Vol.22,No.32002年8月RESEARCH&PROGRESSOFSSEAug.,2002高介电常数材料在半导体存储器件中的应用邵天奇任天令李春晓朱钧(清华大学微电子学研究所,北京,100084)20010109收稿,20010611收改稿摘要:高介电常数材料是当前微电子行业最热门的研究课题之一。它的应用为解决当前半导体器件尺寸缩小导致的栅氧层厚度极限问题提供了可能性,同时利用一些高介电常数材料具有的特殊物理特性,可实现具有特殊性能的新型器件。文中主要介绍几类常用的高介电常数材料的特性和制备方法,及其在半导体存储器件中的应用和前沿课题
2、。关键词:高介电常数材料;铁电体;氮化物;铁电存储器;铁电场效应管中图分类号:TN47文献标识码:A文章编号:100023819(2002)032312206ApplicationofHighDielectricConstantMaterialsinMemoryDevicesSHAOTianqiRENTianlingLICunxiaoZHUJun(InstituteofMicroelectronics,TsinghuaUniversity,Beijing,100084,CHN)Abstract:Recently,highdielectricconstant(high2K)ma
3、terialsarepaidmoreandmoreattentionfortheirgreatuseinmicroelectronics.Itisapossiblewaytosolvetheproblemofthethingate2oxidelimitationfacedbysemiconductorindustryinthefuture.Somenewdeviceswithgreatvaluewillberealizedbyusingthespecialpropertiesofsomehigh2Kmaterials.Thepropertiesandfabricatingpr
4、ocessesofthehigh2Kmaterialsarereviewedinthispaper.Theap2plicationandprospectofhigh2Kmaterialsforsemiconductormemorydevicesareproposed.Keywords:high-Kmaterials;ferroelectrics;nitride;FeRAM;FeFETEEACC:2570甚至更低。根据1999年半导体工业协会(Semicon21引言ductorIndustryAssociation,SIA)更新的国际半导体工艺的发展规划(Internation
5、alTechnology从[2]1959年集成电路的发明到现在,半导体工RoadmapforSemiconductors,ITRS),为了维持业的集成电路的集成度以每年25%～30%的速度现有的半导体发展的速度,必须进一步发展半导体[1]增长。这样的增长速率可以用摩尔定律来描述,工业的器件模型、工艺等制约因素。即每平方厘米的硅基半导体集成电路的晶体管数在半导体工业中,存储器和逻辑器件是其最重量每十二个月翻一番。在70年代和80年代,实际要的组成部分,而介电材料在这两种器件中又属核翻番需要的时间接近18个月,但是,在近几年这个心;它可以作为动态随机存储器(DRAM)电容的时间已
6、经为12个月了。目前,最先进的集成电路加介质材料以存储信息,也可以作为CMOS场效应工厂生产的集成电路的特征尺寸已经为180nm,管逻辑器件的栅介质。随着硅基半导体工业的飞速3期邵天奇等:高介电常数材料在半导体存储器件中的应用313发展,器件的加工工艺不再可以简单地缩小尺寸,表1一些介电材料的介电常数且已经达到了一个极限,因此,必须通过使用新的Tab.1Thedielectricconstantofseveral材料或提出新的器件模型来解决现存制约发展的dielectricmaterials因素。对于DRAM而言,必须要求一定的电容容MaterialsFabricatingp
7、rocessesDielectricconstantSiO2-3.9量才能保证存储信息的电荷在刷新时正常恢复,电[3]Si3N4JVD6～7容的大小直接表现在电容的面积上,为了提高ZnOSol2Gel,RFSputtering8～12DRAM的容量,除了要减少特征尺寸的线宽,还必HfO2MOD21须减少电容面积,在电容介质厚度不变时,保持同ZrO2MOD22样的电容大小并减少电容面积的唯一方法是提高PZTMOCVD400～800电容所填充介质的介电常数。传统半导体工业对于BSTMOCVD180场效应管的
