Атомно-слоевое осаждение трехкомпонентных диэлектриков HFXAL1-XOY c высокой диэлектрической проницаемостью

Автор: Алехин А.П., Григал И.П., Гудкова С.А., Лебединский Ю.Ю., Маркеев А.М., Чуприк А.А.

Журнал: Труды Московского физико-технического института @trudy-mipt

Рубрика: Физика, электроника, нанотехнологии

Статья в выпуске: 3 (11) т.3, 2011 года.

Бесплатный доступ

Разработан процесс атомно-слоевого осаждения тонких (∼ 4 нм) пленок трехком- понентного диэлектрика HfxAl1−xOy с использованием жидкофазного металлоор- ганического гафниевого прекурсора - Hf[N(CH3)(C2H5)]4. Разработанный процесс АСО позволяет получать тонкие пленки HfxAl1−xOy в широком диапазоне концен- траций Al: 24--85 атомных процентов со структурой аморфного твердого раство- ра. Электрофизические исследования позволили выявить оптимальный состав - Hf0,76Al0,24Oy, при котором диэлектрик характеризуется достаточно высокой ди- электрической проницаемостью khigh−k = 10,5 и низкими плотностями токов утечек 1,8 · 10−5А/см2 при напряженности электрического поля Е = 5 МВ/см. Термический отжиг Hf0,76Al0,24Oy диэлектрика приводит к увеличению толщины переходного слоя SiOx на границе раздела с кремнием и, как следствие этого, к снижению приблизи- тельно на порядок величины токов утечек и снижению (на ∼ 30 %) эффективной диэлектрической проницаемости keff в структурах Hf0,76Al0,24Oy/Si.

Еще

Короткий адрес: https://sciup.org/142185771

IDR: 142185771

Список литературы Атомно-слоевое осаждение трехкомпонентных диэлектриков HFXAL1-XOY c высокой диэлектрической проницаемостью

Gusev E.P., Cabral C., Copel M., DEmic C., Gribelyuk M. Ultrathin HfO2 films grown on silicon by atomic layer deposition for advance gate dielectric applications//Microelectron. Eng. -2003. -V. 69, N 2-4. -P. 145-151
Frank M., Kim S., Brown S.L., Bruley J., Copel M., Hopstaken M., Chudzik M., Narayanan V. Scaling the MOSFET gate dielectric: From high-k to higher-k? (Invited Paper)//Microelectronic Eng. -2009. -V. 86, I. 7-9. -P. 1603-1608.
Robertson J. Interfaces and defects of high-k oxides on silicon//Solid-State Electron. -2005. -V. 49. -P. 283-293.
Engstrom O., Raeissi B., Hall S., Buiu O., Lemme M.C., Gottlob H.D.B., Hurley P.K., Cherkaoui H. Navigation aids in the search for future high k dielectrics: physical and electrical trends//Solid-State Electron. -2007. -V. 51. -P. 622.
Wilk G.D., Wallace R.M., Anthony J.M. High-κ gate dielectrics: Current status and materials properties considerations//J. Appl. Phys. -2001. -V. 89 -P. 5243-5276.
Hall S., Buiu O., Mitrovic I.Z., Lu Y., Davey W.M. Review and perspective of high-k dielectrics on silicon//J. of Telecomunications and Information Technology. -2007. -V. 2 -P. 33-43.
Auciello O., Fan W., Kabius B., Saha S., Carlisle J.A., Chang R.P.H., Lopez C., Irene E.A., Baragiola R.A. Hybrid titanium-aluminum oxide layer as alternative high-k gate dielectric for the next generation of complementary metal-oxide-semiconductor devices//Appl. Phys. Lett. -2005. -V. 86. -P. 042904-042906.
Shi L., Xia Y.D., Hu B., Yin J., Liu Z. G. Thermal stability and electrical properties of titanium-aluminum oxide ultrathin films as high-k gate dielectric materials//J. Appl. Phys. -2007. -V. 101. -P. 034102-034105.
Kukli K., Ritala M., LeskelЁa M., Sundqvist J., Oberbec L., Heitmann J., SchrЁoder U., Aarik J., Aidla A. Influence of TiO2 incorporation in HfO2 and Al2O3 based capacitor dielectrics//Thin Solid Films. -2007. -V. 515, N 16. -P. 6447-6451.
Driemeier C., Bastos K.P., Miotti L., Baumvola I.J.R., Nguyen N.V., Sayan S., and Krug C. Compositional stability of hafnium aluminates thin films deposited on Si by atomic layer deposition//Appl. Phys. Lett. -2005. -V. 86 -P. 221911-1-3.
Mikhelashvili V., Eisenstein G. Electrical Properties of Al2O3 -HfTiO Gate Dielectric Stacks With Less Than 0.8 nm Equivalent Oxide Thickness//Thin solid films. -2007. -V. 515. -P. 3704-3708.
Potter R.J., Marshall P.A., Chalker P.R., Taylor S., Jones A.C., Noakes T.C.Q., and Bailey P. Characterization of hafnium aluminate gate dielectrics deposited by liquid injection metalorganic chemical vapor deposition//Appl. Phys. Lett. -2004. -V. 84, N 20. -P. 4119-4121.
Buiu O., Lu Y., Hall S., Mitrovic I.Z., Potter R.J., Chalker P.R. Investigation of optical and electronic properties of hafnium aluminate films deposited by metal-organic chemical vapour deposition//Thin Solid Films -2007. -V. 515, N 7-8. -P. 3772-3778.
Mikhelashvili V., Brener R., Kreinin O., Shneider J., Eisenstein G. Characteristics of metalinsulator-semiconductor capacitors based on high-k HfAlO dielectric films obtained by low-temperature electron-beam gun evaporation//Appl. Phys. Lett. -2004. -V. 85 -P. 5950-5952.
Cho M., Park H.B., Park J., Hwang C. S. Thermal annealing effects on the structural and electrical properties of HfO2/Al2O3 gate dielectric stacks grown by atomic layer deposition on Si substrate//J. Appl. Phys. -2003. -V. 94, N 4. -P. 2563-2571.
Puurunen R.L. Surface chemistry of atomic layer deposition: A case study for the trimethylaluminum/Water process//J. Appl. Phys. -2005. -V. 97. -P. 121301-121362.
Алехин А.П., Лапушкин Г.И., Маркеев А.М., Сигарев А.А., Токнова В.Ф. Атомнослое-вое осаждение тонких пленок диоксида титана из тетраэтоксититана и воды//Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. -2010. -№ 5. -С. 23-27.
Alekhin A.P., Chouprik A.A., Gudkova S.A., Markeev A.M., Lebedinskii Y.Y., Matveyev Y.A., Zenkevich A.V. Structural and electrical properties of TixAl1-xOy thin films grown by atomic layer deposition//J. Vac. Sci. Tech. B -2011. -V. 29. -P. 01А302-1-6.
Ritala M, Leskela M, Niinisto L., Prohaska T., Friedbacher G., Grasserbauer M. Development of crystallinity and morphology in hafnium dioxide thin films grown by atomic layer epitaxy//Thin solid films. -1994. -V. 250. -P. 72.
Kukli K., Ritala M, Sajavaara T., Keinonen J., Leskela M. Atomic layer deposition of hafnium dioxide films from hafnium tetrakis (ethylmethylamide) and water//Chem. Vap. Dep. -2002. -V. 8. -P. 199-204.
Kukli K., Ritala M., Lu J., Harsta A., Leskela M. Properties of HfO2 Thin Films Grown by ALD from Hafnium tetrakis (ethylmethylamide) and water//Journal of the Electrochemical Society. -2004. -V. 151 -P. F189-F193.
Yu H.Y., Li M.F., Kwong D.L. ALD (HfO2)x(Al2O3)1-x high-k gate dielectrics for advanced MOS devices application//Thin Solid Films. -2004. -V. 462-463. -P. 110-113.
Windt D.L. IMD-Software for modelling the optical properties of multilayer films//Computers in Physics. -1998. -V. 12. -P. 360-370.
Hochella M.F., Carim A.H. A reassessment of electron escape depths in silicon and thermally grown silicon dioxide thin films//Surf. Sci. -1988. -V. 197, N 3. -P. L260-L268.
Vogel E.M., Ahmed K.Z., Hornung B., Henson W.K., Mc Larty P.K., Lucovsky G., Hauser J.R., Wortman J.J. Modeled tunnel currents for high dielectric constant dielectrics//IEEE Trans. Electron Devices. -1998. -V. 45 -P. 1350-1355.
Torii K., Mitsuhashi R., Ohji H., Kawahara T., Kitajima H. Nitrogen profile engineering in the interfacial SiON in a HfAlO/SiON gate dielectric by NO re-oxidation//IEEE Trans. Electron Dev. -2006. -V. 53, N 2. -P. 323-328.

Еще

Статья научная