新型高k栅介质HfSiON薄膜的制备及性能研究

为了替代传统的SiO2栅介质,利用射频反应溅射法在Si衬底上制备了新型HfSiON薄膜。研究了HfSiON薄膜的成分、结构和介电性能。由XRD图谱可知,HfSiON薄膜经900℃高温退火处理后仍为非晶态,显示出良好的热稳定性。MOS电容的高频C-V曲线测量显示,HfSiON薄膜具有较好的介电特性,其介电常数可达到18.9,电容等效氧化层厚度为4.5nm。I-V测量结果表明,HfSiON薄膜的漏电流密度很低,在外加偏压(Vg)为±1.5V处的漏电流密度分别为3.5×10-7A/cm2(+1.5V)和1.5×10-6A/cm2(–1.5V)。研究表明,HfSiON薄膜将会是一种很有希望取代SiO2的新型高k栅介质材料。

射频磁控溅射法制备HfSiON高k薄膜的结构特性

在室温下,采用射频磁控溅射法在p型Si(111)衬底上制备了HfSiON高k栅介质薄膜。用X射线光电子能谱(XPS)分析了HfSiON薄膜的成分,用掠入射X射线衍射(XRD)检测了薄膜的结构,用高分辨率扫描电子显微镜(HRSEM)、原子力显微镜(AFM)观察了薄膜断面和表面形貌。XRD谱显示,HfSiON薄膜经900℃高温退火处理后仍为非晶态。HRSEM断面和AFM形貌像显示所制备的薄膜具有非常平整的表面,表明薄膜具有优良的热稳定性。电学测试表明,HfSiON薄膜具有较好的介电特性,其介电常数较高为18.9,漏电流密度较低在+1.5V为2.5×10-7A/cm2。这些特性表明HfSiON薄膜是一种很有希望替代SiO2的新型高k栅介质材料,同时也表明射频磁控溅射法是一种制备HfSiON新型高k栅介质薄膜的有效方法。

高k绝缘层研究动态

介绍了ITRS2003对高k绝缘层材料的要求、高k绝缘层材料必须满足的要求、高k绝缘材料(尤其是HfSiON材料)研究成果以及研究中存在的问题。