Gd2O3掺杂HfO2高k栅介质的制备与击穿特性研究

来源 :北京有色金属研究总院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ydsl_0
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着CMOS集成电路按照摩尔定律的快速发展,器件的特征尺寸已进入了纳米量级,传统的SiO2栅介质厚度减小会导致很高的隧穿电流,已不能用于纳米CMOS器件的制备,需要采用具有较高介电常数的(高k)栅介质薄膜替代SiO2。目前,高k栅介质材料(HfSiON)已经用于45 nm和32 nm技术节点集成电路,然而仍不满足下一代集成电路的要求,需要寻找新的高k栅介质材料,作为具有较大应用前景的高k材料HfO2,由于其结晶温度较低,抑制氧扩散的能力较差,需要对其进行改良,Gd2O3具有良好的热稳定性以及较大的带隙宽度,且能有效地抑制氧的扩散,本文采用Gd2O3掺杂HfO2的方法对其进行改良。1.采用磁控溅射方法,在不同的掺杂功率下制备了多种Gd203掺杂HfO2(GDH)高k栅介质薄膜,研究了掺杂功率与GDH薄膜电学性能的关系,掺杂功率为20 W时,电学性能最优,主要原因是Gd的电负性比Hf的大,对O离子的吸附能力强,能有效地抑制氧的扩散,减少了氧空位的缺陷密度,从而降低了漏电流密度,并且使C-V曲线向左漂移现象减弱。研究了N2中快速热处理工艺(RTP)对GDH-20(掺杂功率为20W)栅介质薄膜电学性能的影响,GDH-20最佳的快速热处理温度为700℃,C-V曲线的回滞窗口宽度会随着RTP温度的升高逐渐减小,并且积累区到耗尽区的过渡变得平缓。高的RTP温度使GDH-20/Si的界面得到更进一步钝化,减少了界面态密度,降低了界面处的负电荷积累,此外,N在高温下更易与GDH-20中的氧空位结合,降低了氧空位密度,使得C-V曲线发生正向偏移。2.分析了GDH-20薄膜的成分及结构,Gd203在GDH-20薄膜中的掺杂量为10mol%,并且在GDH-20/Si界面处产生了硅酸盐,HRTEM分析表明GDH-20薄膜结构为非晶,并且与纯HfO2相比,界面层厚度明显减小,说明通过Gd203的掺杂能有效降低氧在GDH-20栅介质中的扩散。3.研究了GDH-20薄膜的击穿特性,GDH-20的TDDB的软击穿是由于栅介质中的电荷积累造成的,栅压越大,击穿电量反而越小,软击穿后GDH-20栅介质的介电性能仍然良好。与施加在GDH-20上脉冲方波电压的测试结果相比,同等大小的栅压下,脉冲电压发生击穿的时间与电荷量均比直流栅压的大,这是由于氧化层的损伤自修复和脉冲应力分散造成的。GDH-20经受硬击穿后,栅介质漏电流显著上升,电容急剧下降,栅介质的介电特性变差,这主要是由正电荷的积累造成的。此外,研究了工作温度对GDH-20薄膜击穿性能的影响,GDH-20薄膜在100℃以下均能保持良好的介电性能,说明其具有较强的抗热击穿能力。综上可见,在Si(001)衬底上生长的非晶GDH栅介质可以作为高k栅介质应用的候选材料。
其他文献
在高功率激光系统中,空间滤波器是一个非常重要的光学器件。传统的空间滤波器采用4F空间滤波系统,它体积庞大、不能近场滤波且工作在真空环境。光子晶体空间滤波器是一种非聚
频率源在现代电子系统中具有非常重要的地位,它为雷达系统提供发射激励信号,为接收发射机提供本振信号。其性能直接影响到微波毫米波等高频电子系统的好坏。相位噪声是衡量频
采用复合材料替换普通碳钢并运用Hyper Laminate创建发动机罩壳的复合材料模型,实现发动机罩的材料轻量化。依据发动机罩在多工况条件下,以柔度最小化为优化目标函数,以优化
沙漠地区风积沙具有结构松散、风稳定性差、承载力低、湿陷性强的特点,为了增强沙漠地区输电线路杆塔设施地基的稳固性,以塔克拉玛干沙漠风积沙为研究对象,对其进行水泥固化,
随着国内5G商用牌照的正式发放,我国正式进入5G商用元年。在社交平台刷屏的测试视频,让我们对5G的网速惊掉下巴。不过,5G为我们带来的,仅仅是网速快而已吗?当然不是!资深通信
随机数在遥测遥控、数字通信以及密码学等领域中具有广泛的应用,可分为真随机数和伪随机数两种。其中,真随机数是从物理随机现象中提取出的,比利用计算机程序生成的伪随机数
行政自由裁量权不仅是行政法学的一个复杂、艰深的理论问题,而且是行政管理过程中急需解决的一个实际问题。尽管国内外学者对行政自由裁量权已做了一些有意义的探讨,但这些研究
高校毕业生数量逐年增加,就业压力持续性的加大,新时代创新型人才成为发展社会竞争力的重要资源。在高校教育中,培养创新型人才、发展创新创业教育成为现代的主流。在"大众创
本文的主要工作为自行设计一套适用于耐压80V应用环境,集成VDMOS器件,具有较小功率管导通电阻,适合于较大电流应用的功率BCD工艺,并将设计的重心放在降低集成功率VDMOS的导通
为改善氢氧化镁阻燃聚丙烯的力学和阻燃性能,合成一种新型氢氧化镁协同阻燃试剂聚二(乙醇)磷腈,并制备聚磷腈/氢氧化镁复合阻燃材料。用红外光谱(IR)和氢核磁共振仪(H-NMR)研