高K 栅介质研究进展 - 电路

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2.1 ⅢA 族 和 ⅢB 族 的 金 属 氧 化 物
该 族 中 氧 化 物 主 要 有 Al2O3 ,Y 2O3,La2O3 等 。 其 中 对 Al2O3 的 研 究 最 为 广 泛 和 深 入 。Al2O3 具 有 非 常 好 的 稳 定 性 和
机 械 强 度 。 而 且 作 为 栅 介 质 层 , 它 又 有 很 多 优 点 , 如 它 有 很 大 的 禁 带 宽 度 , 在 高 温 下 的 热 稳 定 性 相 当 好 等 。
但 是 Al2O3 的 介 电 常 数 只 有 8~10, 所 以 只 能 用 来 解 决 短 期 的 工 业 需 求 。 然 而 工 业 上 的 要 求 是 够 用 即 可 , 故
Al2O3 虽 然 是 短 期 的 却 是 非 常 实 用 和 合 适 的 选 择 。
Al2O3 的 热 稳 定 性 虽 然 非 常 好 , 但 是 由 于 一 般 它 是 非 平 衡 状 态 下 沉 积 的 , 所 以 就 可 能 会 有 副 反 应 发 生 。Klein [4]
等 人 研 究 了 在 低 温 下 (400℃) 用 CVD 法 沉 积 的 Al2O 3膜 的 特 性 。 结 果 表 明 , 在 硅 与 Al2O 3之 间 形 成 了 一 层 AlSixOy
化 合 物 ( 图 1)。Gusev [5] 等 人 研 究 了 Atomic Layer CVD (ALCVD) 法 沉 积 的 Al2O 3薄 膜 的 物 理 和 电 学 性 能 。
由 此 可 以 更 好 地 理 解 Al2O 3和 硅 之 间 界 面 形 成 的 机 理 。 他 们 用 ALCVD 法 沉 积 的 Al2O 3膜 却 没 有 发 现 AlSixO y过 渡
层 的 形 成 。 这 一 结 果 表 明 , 界 面 层 的 形 成 是 可 以 控 制 的 , 至 少 在 他 们 的 反 应 条 件 下 是 可 以 控 制 的 。
Chin [6] 等 人 制 备 了 Teq( 等 效 厚 度 )=2.1nm 的 Al2O3 栅 极 MOSFET, 测 试 结 果 表 明 它 具 有 相 当 低 的 漏 电 流 。 当 Vg=
1V 时 ,Ileak≈10 -8 A/cm 2 , 而 用 相 同 Teq 的 二 氧 化 硅 制 备 的 MOSFET 的 漏 电 流 约 为 10 -1 A/cm 2 。
Park [7] 等 人 的 研 究 表 明 ,Al2O3 栅 极 MOSFET 存 在 严 重 的 硼 扩 散 现 象 。 经 过 800~900℃ 热 处 理 后 , 平 带 电 压 的
偏 移 量 (ΔVFB) 达 到 1.5V,SIMS 分 析 亦 显 示 , 一 定 量 的 硼 已 经 扩 散 到 了 硅 衬 底 中 。 然 后 , 他 们 在 沉 积 Al 2O3
之 前 先 注 入 NO 层 , 形 成 栅 /Al2O3/NO/ 硅 衬 底 结 构 , 该 结 构 的 Δ VFB 只 有 90mV。
在 另 外 的 研 究 中 ,Lee [8]
等 人 发 现 P 可 以 从 n + 的 多 晶 硅 栅 极 扩 散 到 Al2O3, 并 且 固 定 在 Al2O3 中 , 成 为 固 定 电 荷 。
他 们 认 为 这 是 由 于 P 破 坏 了 Al2O3 的 网 络 结 构 , 造 成 了 Al-O 的 悬 挂 键 。
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