新型Hf基高K柵介質薄膜的制備及性能的研究.pdf

1、蘇州大學學位論文獨創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：提交的學位論文是本人在導師的指導下，獨立進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，本論文不含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不含為獲得蘇州大學或其他教育機構的學位證書而使用過的材料。對本文的研究作出重要貢獻的個體和集體，均已在文中以明確方式標明。本人承擔本聲明的法律責任。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柵介質薄膜的制備及性能的研究中文摘要近年來，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柵介質一個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Hf基高K柵介質薄膜材料的研究熱點，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柵介質薄膜，并對

3、其結構及電學性質進行了系統(tǒng)的研究，得到的結論如下：l、在Hf02柵介質薄膜中摻入Si和N元素后，柵介質薄膜的結晶溫度大大提高，熱穩(wěn)定性有了大的增強。熱退火帶來了柵介質薄膜結構的變化，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，增強了薄膜對襯底的附著性和致密性，在輔源離子能量(ALE)為

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

5、和Ce摻雜的柵介質薄膜在900。C退火后形成了穩(wěn)定的立方相結構，有利于柵介質薄膜介電常數(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元素比較低的電負性和較大的原子半徑，摻入Gd和Ce后的柵介質薄膜的漏電流密度比Hf02柵介質薄膜的低近兩個數(shù)量級，由于在900。C退火后柵介質薄膜結晶以及帶隙減小，柵介質薄膜退火后與不退火時比較漏電流密度有兩個數(shù)量級的差別。另外，四價的Ce比三價的Gd更能有效抑制氧