五氧化二鉭MOS器件的電學(xué)特性及穩(wěn)定性研究.pdf

1、當(dāng)超大規(guī)模集成電路的特征尺寸縮小至小于65nm或者更小時(shí)，傳統(tǒng)的二氧化硅柵介質(zhì)層的厚度就需要小于1.4nm，而如此薄的二氧化硅層會(huì)大幅度增加器件功耗，并且減弱柵極電壓控制溝道的能力。在等效氧化層厚度保持不變的情況下，使用高介電材料替換傳統(tǒng)的柵極介質(zhì)，使用加大介質(zhì)層物理厚度的方法，可以明顯減弱直接隧穿效應(yīng)，并增加器件的可靠性。所以，找尋高介電的柵介質(zhì)材料就成了當(dāng)務(wù)之急。在高介電柵介質(zhì)材料中，由于五氧化二鉭既具有較高的介電常數(shù)(K～26)，

2、又能夠兼容與傳統(tǒng)的硅工藝，被普遍認(rèn)為是在新一代的動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)電容器件材料中相當(dāng)有潛力的替代品。所以，制備五氧化二鉭薄膜并研究其性能，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，已引起人們的密切關(guān)注。
　　 本文使用射頻濺射方法(RF)制備五氧化二鉭柵介質(zhì)薄膜，深入研究了退火溫度以及工作溫度對(duì)柵介質(zhì)薄膜電學(xué)性能的影響，以及對(duì)器件穩(wěn)定性的影響。
　　 本論文主要的研究?jī)?nèi)容如下:
　　 1.研究了不同退火溫度對(duì)五氧化二鉭薄膜電學(xué)性

3、質(zhì)的影響。結(jié)果顯示，退火溫度為400℃時(shí)，薄膜的漏電流密度最大。這是由于退火溫度主要在兩方面對(duì)漏電流產(chǎn)生影響，一方面退火溫度提高的過(guò)程，也是薄膜從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變成多晶態(tài)的過(guò)程，隨著晶化程度的提高，漏電流密度會(huì)變大;另外一方面在退火溫度提高的過(guò)程中，氧化硅界面層的厚度會(huì)增加進(jìn)而減小漏電流密度，在這兩方面的共同作用下，薄膜在400℃時(shí)具有最大的漏電流密度。退火溫度為600℃時(shí)，薄膜的漏電流密度較小。這是因?yàn)樵谕嘶饻囟壬叩倪^(guò)程中，氧化層中的俘獲

4、電荷會(huì)緩慢消失，各種體內(nèi)缺陷也會(huì)減少，隨之薄膜的漏電流變小。
　　 2.研究了不同的工作溫度對(duì)五氧化二鉭薄膜電學(xué)性能的影響。隨著工作溫度的增加，薄膜的漏電流密度逐漸增大。但是，在較低的溫度（如80～100K）時(shí)，漏電流急劇增大。這主要有兩個(gè)影響因素，一是界面處生成的氧化硅層會(huì)促進(jìn)漏電流的增大，另一方面是樣品的缺陷也會(huì)增加漏電流。
　　 3.對(duì)器件穩(wěn)定性的研究。對(duì)不同退火溫度處理的樣品施加恒壓，測(cè)量其不同工作溫度下，漏電流