新型Hf基高K柵介質(zhì)薄膜的制備及性能的研究.pdf

1、蘇州大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不含為獲得蘇州大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書(shū)而使用過(guò)的材料。對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)體和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任。論文作者簽名：二島蛐≥目期：2生21二上：盟新型Hf基高K柵介質(zhì)薄膜的制備及性能的研究中文摘要新型Hf基

2、高K柵介質(zhì)薄膜的制備及性能的研究中文摘要近年來(lái)，新型Hf基高K材料由于具有較高的K值，與si具有好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的界面，具有寬的帶隙，在高溫下具有較高的重結(jié)晶溫度以及較低的柵漏電流和頻率色散，成為替代傳統(tǒng)Si02／SiN柵介質(zhì)一個(gè)較為理想的候選材料，引起了眾多研究者的興趣。本論文針對(duì)Hf基高K柵介質(zhì)薄膜材料的研究熱點(diǎn)，利用雙離子束濺射沉積和射頻磁控濺射沉積的方法制備了Si、N和RE(Gd、Ce)元素(共)摻雜的Hf02柵介質(zhì)薄膜，并對(duì)

3、其結(jié)構(gòu)及電學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，得到的結(jié)論如下：l、在Hf02柵介質(zhì)薄膜中摻入Si和N元素后，柵介質(zhì)薄膜的結(jié)晶溫度大大提高，熱穩(wěn)定性有了大的增強(qiáng)。熱退火帶來(lái)了柵介質(zhì)薄膜結(jié)構(gòu)的變化，由于底部界面處低K氧化層厚度的增加，摻入Si和N元素后Hf02柵介質(zhì)薄膜的K值有所降低。隨著退火溫度的升高，由于氧化電荷密度Q。。較少，柵介質(zhì)薄膜的漏電流有所下降。低能輔源離子束活化了基底表面原子，增強(qiáng)了薄膜對(duì)襯底的附著性和致密性，在輔源離子能量(ALE)為

4、100eV時(shí)獲得了最大的K值、最小的Q。。和最小的漏電流密度。在高場(chǎng)區(qū)域，AI。HfSiO／SiMOS電容器符合FN隧穿機(jī)制，而Au，AgHfSiO／SiMOS電容器符合Schottky發(fā)射機(jī)制，不同的柵漏機(jī)制表明項(xiàng)部金屬／HfSiO界面在傳導(dǎo)機(jī)制中起了重要的作用。2、在Hf02柵介質(zhì)薄膜中摻入稀土元素(Gd和Ce)后，Gd和Ce的摻入帶來(lái)了柵介質(zhì)薄膜帶隙E。的增加和結(jié)晶溫度大的提高，有效抑制了氧空位的生長(zhǎng)并使熱穩(wěn)定性有了大的提高。Gd

5、和Ce摻雜的柵介質(zhì)薄膜在900。C退火后形成了穩(wěn)定的立方相結(jié)構(gòu)，有利于柵介質(zhì)薄膜介電常數(shù)K值的增加和平帶電壓偏移量的減少。由于(1)帶隙的增加和氧空位的減少，(2)Gd和Ce元素比較低的電負(fù)性和較大的原子半徑，摻入Gd和Ce后的柵介質(zhì)薄膜的漏電流密度比Hf02柵介質(zhì)薄膜的低近兩個(gè)數(shù)量級(jí)，由于在900。C退火后柵介質(zhì)薄膜結(jié)晶以及帶隙減小，柵介質(zhì)薄膜退火后與不退火時(shí)比較漏電流密度有兩個(gè)數(shù)量級(jí)的差別。另外，四價(jià)的Ce比三價(jià)的Gd更能有效抑制氧