Metallorganisch chemische ... - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

1.1 Anwendungen von hoch-ε Materialien 7
Ein weiterer Anwendungsbereich für hoch-ε Schichten sind Entkopplungskondensatoren in
der LSI Technologie. Mit wachsender Zahl an Transistoren in einem LSI kommt es zu verstärkter
Leistungsabnahme und damit wird mehr Strom benötigt, die Arbeitsspannung aufrecht
zu erhalten. Durch Entkopplungskondensatoren mit geringem Wellenwiderstand und
niedriger Induktivität am LSI können momentane Spannungsabnahmen vermieden werden. In
einer Veröffentlichung von Fujitsu [11] werden BST Kondensatoren vorgestellt, die im
300MHz Bereich angewendet werden können. Technologisch denkbar sind drei verschiedene
Möglichkeiten den Entkopplungskondensator zu integrieren, siehe Abbildung 1.4:
Abbildung 1.4: Einsatz von
Entkopplungskondenstoren
in die LSI Technologie:
a) Die dielektrische Schicht
wird unterhalb des LSI, in
der Schaltplatte angebracht.
b) Die dielektrische Schicht
wird zwischen dem LSI und
der Platine angebracht.
c) Der Kondensator wird
als getrenntes Element in
der Nähe des LSI zu
platzieren.
Für derartige Anwendungen ist ein Material von Vorteil, dessen DK nur eine schwache Temperatur-
und Feldabhängigkeit zeigt. In dieser Arbeit wurde neben BST noch ein weiteres
hoch-ε Material abgeschieden und untersucht: SrTa2O6 oder STA, das, verglichen mit BST,
noch recht unerforscht ist. STA wurde u.A. als Wismut-freies Testprodukt bei der Abscheidung
des ferroelektrischen SrBi2Ta2O9 (SBT) hergestellt [12-13]. Es ist nicht ferroelektrisch
und zeigt deshalb keine starken Veränderungen wie sie in der Nähe des Phasenüberganges
beobachtetet werden. Kristalline STA Dünnschichten versprechen keine so große DK (~ 100)
und sind damit vergleichbar zu STO.
Weitere Integrationsbereiche für hoch-ε Materialien sind Gate Oxide. Diese müssen direkt auf
den Siliziumkanal aufgebracht werden, was eine Reihe von zusätzlichen Anforderungen an
das Material nach sich zieht. Man hofft, die äquivalente Dicke, EOT, durch Materialien mit
einer höheren Dielektrizitätszahl (εr ~ 20) verringern zu können, siehe Gleichung 1.2, ohne
die reale Dicke tox noch stärker reduzieren zu müssen.
EOT = ε ) ⋅t
1.2
( SiO2
/ ε r
ox
In Abbildung 1.5 ist die Funktionsweise des Feldeffekttransistors dargestellt. Der Strom von
Source nach Drain wird über die Gate Elektrode gesteuert. Liegt am Gate-Kondensator eine
geeignete Spannung, so bewegen sich freie Ladungsträger an die Grenzschicht des Gate-
Kondensators und verändern dadurch die Leitfähigkeit des Kanals um viele Größenordnungen.
Dies geschieht praktisch leistungslos, da der Widerstand sehr groß ist (~ 10 15 ohm).