铪基MOS结构的制备及其特性研究.pdf

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1、目录mmiAbstract2第一章绪论41.1弓唁41.28丨02作为栅介质材料的限制-51.2.1MOSFET的缩小51.2.2Si02的不断减薄所遇到的问题-61.3Highk材料取代Si02成为必然趋势71.3.1Highk材料替代Si02性能要求'71.3.2Highk材料的研究现状101-3.3Hf基高k栅介质121.4SiC衬底141.5本论文的主要工作15第二章原子层淀积技术及其表征方法1621引言162.2原子层淀积(ALD)技术?????????????162.2.1原子

2、层淀积的原理162.2.2原子层淀积Hf基高k栅介质182.2.3原子层淀积的优势192.3高k栅介质的表征技术202.3.1椭偏测量（SE)202.3.2X射线光电子能谱（XPS)232.3.3MOS电容的电学测试252.4本章小结26第三章氮化的Hf02为高k栅介质的SiMOS电容133.1弓丨言273.2实验内容273.3实验结果及分析283.3.1XPS分析-283.3.2椭偏分析（SE)303.3.3电学性能的测试（C-V)34I3.4本章小结36第四章SiC为衬底的Hf02MOS结构-

3、374.1弓丨*374.2实验内容384.3实验结果及分析144.3.1SiC的表面钝化处理对Hf02/SiC界面的影响-384.3.2SiC的表面钝化处理对电学参数的影响424.3.3不同的退火温度对样品的影响444.4本章小结46第五章结论48参考文献50硕士阶段取得学术成果56sm57ii摘要.微电子技术在摩尔定律的驱动下得到了飞速的发展，集成电路中的基本单元金属-氧化层-半导体场效应管（MOSFET)不断地缩小，按照等比例缩小规律，随着特征尺寸的不断减小，栅介质层的厚度必须缩小到原来的1/k，这使得传统的栅介

4、质层8丨02减小到了原子的尺寸，此时量子隧穿效应将导致器件的漏电流变的很大致使器件无法正常工作。解决这一问题的方法,就是采用高介电常数(Highk)的栅介质层，即在得到等效电容密度的同时，使得栅介质层的物理厚度变大，从而抑制漏电流。Highk材料要取代传统的3丨02成为栅介质材料，必须满足以下几个要求：1)要有足够高的介电常数；2)有高的价带和导带偏移；3)与衬底有良好的界面特性，4)有良好的热稳定性；5)与目前的集成电路工艺兼容。Hf02由于具有较高的介电常数（约为25)，较宽的禁带宽度（5.7eV)，良好的热稳定性等优点，所以被认为是最有可

5、能取代Si02成为下一代栅介质的材料之o本文采用原子层淀积的方法在Si(100)衬底上淀积Hf02介质层，并对其在不同的温度下进行氮化处理，实验表明，随着退火温度的不断增加，薄膜中含N量不断地增加，从600°C的1.41%增长到1000°C的7.45%，经过对薄膜的XPS分析，实验发现随着N含量的增加。薄膜中的O-Hf-N不断增加，到1000°C的时候甚至出现了N-Hf-N,由此导致薄膜的禁带宽度从5.82eV下降到4.94eV,通过测量Pd/Hf02/Si/A1M0S电容的C-V特性，实验表明，随着退火温度的升高，薄膜的电容密度1.43nF/

6、cml变化到1.01^F/cmA2、1.05^F/cmA2,而且C-V滞回窗口由0.52V减小到0.05V。SiC材料是继半导体Si和GaAs发展起来的第三种半导体材料，SiC具有很宽的禁带宽度（4H-SiC的为3.25eV)，很高的击穿场强2-3MV/cm)以及很大的电子饱和速率等优点使其能够在高温、高压、高频和大功率的条件下工作。Si02/SiC之间的界面态密度很高，达到1012ev、m气有研究表明，碳原子的duster和界面附近的的界面陷阱是导致界面态密度很高的原因。本实验在淀积Hf02薄膜之前对SiC表面在PEALD中进行0plasma

7、处理，实验表明，经0plasma的处理可以有效地抑制Ccluster的形成，并且与SiC衬底的的价带偏移上升了0.22eV。关键词：Hf02、原子层淀积、氮化、SiC、MOS电容、氧等离子中图分类号：TN304;TN305AbstractWiththerapiddevelopmentofmicroelectronicsindustrydrivingbyMoore'sLaw,thebasicelementofintegratedcircuit，whichiscalledmetal-oxide-semiconductorfieldeffecttra

8、nsistor(MOSFET)，isbecomingsmallerandsmaller.Accordingtotheprincipleofscalin