Entwicklung von Hochtemperatur Trench-Kondensatoren unter Verwendung von dunnen ALD-Dielektrika

摘要

Hochtemperatur taugliche passive Bauelemente gewinnen immer mehr an Bedeutung. Es werden Kondensatoren benotigt, die Betriebstemperaturen bis zu 300°C standhalten, die einen geringen Leckstrom, eine Durchbruchsspannung oberhalb der angestrebten Betriebsspannung und eine hohe Kapazitatsdichte vorweisen. In diesem Beitrag werden Untersuchungen zur 3D-Integration von Kondensatoren mittels Atomlagenabscheidung (ALD) prasentiert, mit deren Hilfe die genannten Anforderungen erfullt werden. Bedingung ist ein CMOS-kompatibler Prozess, um die Kondensatoren zusammen mit einer CMOS-Schaltung auf demselben Substrat zu integrieren. Als untere Elektrode wird ein hoch n-dotiertes Si-Substrat verwendet, medium- oder high-k Dielektrika dienen als Isolator und als obere Elektrode kommen leitfahige ALD-Schichten aus Ru, TiN oder TiAlCN zum Einsatz. Bei Raumtemperatur betragt der Leckstrom weniger als 10pA/mm~2 und es ist kein Soft-Durchbruch bis ±15V zu erkennen, was darauf schliessen lasst, dass es bei den gewahlten Schichtdicken nicht zu einem Fowler-Nordheim Tunneln kommt. Bei 300 °C und bei 3 V betragt der Leckstrom ca. 1 nA/mm~2 und ein Soft-Durchbruch ist bei 5 V zu detektieren.