ALD方法制备的超薄HfO,2材料的电学特性

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时间:2019-05-19

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1、摘要摘要CMOS器件按比例缩小要求Si02绝缘层厚度越来越小,导致栅极漏电流急剧增加,器件的可靠性下降。高介电常数栅介质二氧化铪(Hf02)的应用可以解决Si02作为栅介质所面临的问题,本文将讨论H幻2做为栅介质的可靠性问题。本论文首先介绍了原子层淀积(ALD)I艺的原理和特点,利用该工艺可以淀积出高质量Hf02薄膜介质。接着讨论了MOS电容结构的理想和实际C.V特性,分析氧化层中存在的各种电荷和缺陷,以及金属半导体功函数差,对MOS结构的实际C.V特性的影响;讨论了超薄氧化层的漏电流传导机制。针对汞探针在测量C。V特性的过程中存在的频率色散问题,

2、采用了新的模型。在该模型中加入汞探针与Hf02薄膜之间的界面效应参数,并且给出了各模型中各参数的提取方法。利用该模型修J下的实验曲线,消除了频率色散。最后,使用该方法对Hf02介质薄膜的特性进一步进行研究:中间Si02层、高温退火的影响、多晶硅栅淀积前后介质特性等。最后,在实验室条件下制备出不同等效氧化层厚度(EOT)的样品,并在不同的温度条件下进行退火实验,测得各样品的C.v和I.V特性曲线。结果表明,原子层淀积(ALD)I艺制备的超薄Hf02栅介质的具有良好的电容特性和漏电流特性,高温退火可以降低氧化层中的缺陷,但是800℃退火,Hf02会产生

3、结晶现象。关键词:二氧化铪(Hf09原子层淀积(ALD)C—V特性汞探针AbstractThecontinuedscalingofthecomplementarymetal-oxide-semiconductor(CMOS)gatedielectrictoitsfundamentallimitofthetraditionalSi02dielectric,whichresultsintheincreasingofthegateleakagecurrentandthedecreasingofthegatedielectricreliability,re

4、quirestheintroductionofhigh-kmaterial.IthasbeenwidelyacceptedthatHafniumoxideisthemostpromisingcandidatetoreplacesilicondioxide.ThecriticalreliabilityproblemsoftheHf02applicationarediscussedinthisdissertation.First,introducingtheelementsandcharacteristicsofatomiclayerdepositio

5、n(ALD)process,whichcallfabricatehighqualityhafniumoxidethinfilm.Afterthat,discussingtheC.VandI.VcharactefistiesofMOSstructureunderidealandactualcondition.FrequencydispersionisaremarkableproblemduringC-Vpropertymeasurementusingmercuryprobe.Todealwiththisproblem,anewmodelisprese

6、ntwhichtakesintoaccounttheinterfacialeffectbetweenthemercurydotandHf02layer,modifyingthetraditionalseriesresistancemodel.Also,thearticlepresentstheparameterextractionmethod.Atlast,thiskindofmethodisappliedtoinvestigatethepropertyoftheHf02dielectrics,includingnatureoftheinterfa

7、cialoxide,influenceofpostdepositionannealsandinfluenceofpoly-silicondepositionandactivationannealing.Then,samplesformeasuringandanalyzingarefabricatedinlaboratory,whichhavedifferentequivalentoxidethickness(EOT).Annealingprocessiscarriedoutunderdifferenttemperature.C.VandI.Vcur

8、vesfromthesamplesmeasuringindicatethatHf02dielectricfabricate

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