高k NdAlO3/SiO2堆栈栅MIS结构的电特性研究

摘要

在跟随摩尔定律等比例缩小器件尺寸的进程中，为保证电流的驱动能力，并减小栅泄漏电流，高k栅介质的应用成为必然趋势。为寻找一种能够完美取代传统SiO2的新型栅介质材料，业界做了众多的尝试与研究。为了能够与传统Si工艺兼容、减小高k栅介质与Si衬底的界面缺陷，本文研究了具有较高热稳定性的NdAlO3材料与SiO2界面层结合的堆栈栅介质结构。首先讨论了使用原子层淀积技术生长高k栅介质NdAlO3的工艺流程，通过优化Nd2O3和Al2O3的工艺参数以及两种氧化物的循环比成功制备了具有一定化学计量比的NdAlO3。介绍了在优化工艺参数过程中，评价栅介质质量时最常用到的C-V曲线，以及金属半导体功函数差、栅介质缺陷对它的影响。利用测量曲线与标准C-V曲线对比，由正、反向扫描的平带电压迟滞、中带电压漂移、界面陷阱对高频曲线的影响，得出高k栅NdAlO3/SiO2具有较低的氧化层陷阱、固定氧化层电荷及非常完美的Si/绝缘层界面的结论。研究了退火对NdAlO3栅介质材料的影响，结果表明950℃的高温退火不仅没有使NdAlO3结晶，而且提高了其介电常数，减小了栅漏电流。重点分析了高k栅泄漏电流输运机制中受到普遍关注的，同时受到电场和温度影响的FP发射机制。理论推导并分析了栅压应力下高k栅/Si02堆栈结构的内部电场的特点和关系，以及栅压应力对栅泄漏电流的影响。