二氧化矽/矽與二氧化鉿/矽的堆疊  結構表面與電性分析

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Title:	二氧化矽/矽與二氧化鉿/矽的堆疊結構表面與電性分析
Authors:	馮舉威
Keywords:	氧化鉿高介電係數閘極介電層氮化處理 surface treatment
Date:	2007
Issue Date:	2009-08-24 11:46:48 (UTC+8)
Abstract:	當CMOS元件製程越做越小，二氧化矽為主的介電層已經到達物理與電性特徵的臨界線，本論文研究以有機金屬化學氣相沉積法製備HfO2與HfSiO薄膜作為閘極介電層，在不同溫度的退火條件下，探討材料的結構性質與熱穩定性，同時實驗中以金屬/絕緣層/半導體的電容結構形式探討其電容值與漏電流的電性特徵，並對矽基板表面進行氨氣前處理與薄膜沉積後的低溫400°C電漿氮化處理作比較，分析氮化對介面品質的影響以及介電層薄膜的結構變化。本實驗利用低掠角X光繞射對試片進行晶格結構分析;以X光光電子能譜儀對薄膜間的鍵結組成鑑定;使用原子力顯微鏡對薄膜表面進行粗操度分析;最後以電性量測儀對MIS的電容結構測量高頻電容C-V曲線與漏電流效應的I-V曲線。實驗結果顯示，HfO2薄膜在提升退火溫度情況下，中介層會持續增加，導致電容值下降，但相對於漏電流也會降低，因為整體的EOT增加，而HfSiO的薄膜內與介面間的缺陷密度小，薄膜的熱穩定性佳，漏電流不易形成穿隧，此外也針對矽基板的表面做氨氣前處理形成SiNx層，能夠降低介面缺陷電荷，但對於中介層的形成有增加的趨勢，薄膜沉積後電漿處理可以使結構較為緊密，從改變退火溫度的C-V曲線中顯示;另外，從平帶電壓的遲滯效應中發現，引入氮原子有助於減少其薄膜內的缺陷捕捉電荷。
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