ALD方法制备的超薄HfO材料的电学特性

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作者：

李强

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摘要：

CMOS器件按比例缩小要求SiO2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(HfO2)的应用可以解决SiO2作为栅介质所面临的问题,本文将讨论HfO2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)工艺的原理和特点,利用该工艺可以淀积出高质量HfO2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,采用了新的模型.在该模型中加入汞探针与HfO2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.利用该模型修正下的实验曲线,消除了频率色散.最后,使用该方法对HfO2介质薄膜的特性进一步进行研究:中间SiO2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)工艺制备的超薄HfO2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,HfO2会产生结晶现象.

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关键词：

二氧化铪薄膜 原子层淀积 C-V特性 栅介质 CMOS器件

学位级别：

硕士

学位年度：

2009

DOI：

10.7666/d.y1556811