【摘 要】
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该论文选择HfO高K栅介质作为研究对象,利用反应溅射方法制备了HfO2栅介质薄膜;仔细分析了不同的工艺制备条件对其HfO栅介质电学性质和可靠性的影响;分析了HfO栅介质中的漏电流机制和应力感应的漏电流(Stress-induced leakage current,SILC)效应以及工艺条件的影响;同时还利用反应溅射方法制备了氮化的HfO(HfON)栅介质薄膜,研究了HfON高K栅介质的电学特性.研
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该论文选择HfO<,2>高K栅介质作为研究对象,利用反应溅射方法制备了HfO2栅介质薄膜;仔细分析了不同的工艺制备条件对其HfO<,2>栅介质电学性质和可靠性的影响;分析了HfO<,2>栅介质中的漏电流机制和应力感应的漏电流(Stress-induced leakage current,SILC)效应以及工艺条件的影响;同时还利用反应溅射方法制备了氮化的HfO<,2>(HfO<,x>N<,y>)栅介质薄膜,研究了HfO<,x>N<,y>高K栅介质的电学特性.研究取得的一些有意义的结果,主要有:1)我们成功制备了等效氧化层厚度(EOT)小于3.5nm,漏电流密度小于10<-7>A/cm <2>@Vg=-1V的HfO<,2>栅介质薄膜;2)研究了不同的Si衬底表面制备工艺对HfO<,2>栅介质性能的影响.结果表明,与传统的HF清洗的Si表面相比,NH<,4>F清洗的Si表面与HfO<,2>具有更好的热力学稳定性,因而可获得更低的EOT和栅泄漏电流密度;3)研究了溅射气氛和退火工艺对HfO<,2>栅介质薄膜性质的影响.研究显示,溅射氛围中增加氧分压和在氧气氛退火有助于减小HfO<,2>栅介质的漏电流.栅泄漏电流的减小可归于氧空位缺陷的减小,即高的溅射氧气氛和氧气氛退火有助于减小HfO<,2>栅介质中的氧空位缺陷;4)研究了反应溅射制备的HfO<,2>栅介质漏电流机制及其SILC效应.研究表明,在优化工艺条件下制备的HfO<,2>介质层中,衬底注入条件下由于其较低的体和界面缺陷密度,漏电流的输运机制主要以Schottky发射为主;SILC效应导致HfO<,2>/Si界面缺陷态的增加,从而使得衬底注入条件下,栅泄漏电流机制不仅有Schottky发射还有F-P发射机制起主要作用;5)初步研究了氮化的HfO<,2>(HfO<,x>N<,y>)栅介质的电学特征.结果表明,与HfO<,2>相比,氮化的HfO<,2>具有小的漏电流.
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