高介电常数栅极电介质材料的研究进展 被引量：4

1

作者 张化福 祁康成 吴健 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期37-39,51,共4页

随着半导体技术的飞速发展,作为硅基集成电路核心器件的 MOSFET 的特征尺寸正以摩尔定律的速度缩小。然而,当传统栅介质层 SiO_2的厚度减小到原子尺寸时,由于量子隧穿效应的影响,SiO_2将失去介电性能,致使器件无法正常工作。因此,必须... 随着半导体技术的飞速发展,作为硅基集成电路核心器件的 MOSFET 的特征尺寸正以摩尔定律的速度缩小。然而,当传统栅介质层 SiO_2的厚度减小到原子尺寸时,由于量子隧穿效应的影响,SiO_2将失去介电性能,致使器件无法正常工作。因此,必须寻找新的高介电常数材料来替代它。目前,高介电常数材料是微电子行业最热门的研究课题之一。主要介绍了栅介质层厚度减小所带来的问题(即研究高介电常数材料的必要性)、新型栅电介质材料的性能要求,并简要介绍和评述了近期主要高介电常数栅介质材料的研究状况及其应用前景。 展开更多

关键词 栅介质 栅极 高介电常数材料 特征尺寸 栅电介质材料 MOSFET 集成电路 正常 研究进展 层厚

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高k栅介质的TDDB效应

2

作者 任康 贡佳伟 +2 位作者 丁俊贤 王磊 李广 《安徽大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第5期52-56,共5页

半导体工艺进入45 nm以后,使用高k栅介质HfO_(2)代替传统的SiO_(2),解决了因栅氧化层变薄而引起的栅极漏电流过大的问题.经时击穿(time dependent dielectric breakdown,简称TDDB)效应的寿命时间是衡量栅氧化层质量的重要因素,然而高k... 半导体工艺进入45 nm以后,使用高k栅介质HfO_(2)代替传统的SiO_(2),解决了因栅氧化层变薄而引起的栅极漏电流过大的问题.经时击穿(time dependent dielectric breakdown,简称TDDB)效应的寿命时间是衡量栅氧化层质量的重要因素,然而高k栅介质存在更多的氧相关缺陷,对电压的反应更敏感,因此研究高k栅介质TDDB效应具有重要意义.研究影响高k栅介质TDDB效应的因素、减轻高k栅介质TDDB效应的途径.研究结果表明:栅氧化层面积越大,越容易被击穿,TDDB效应越严重;温度越高,击穿时间越短,TDDB效应越严重;氧环境下对高k栅介质进行沉积后退火,可减轻高k栅介质的TDDB效应. 展开更多

关键词 高k 栅介质 经时击穿效应 栅氧化层 HfO_(2)

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作为高介电常数栅介质材料的LaErO_3薄膜热稳定性和电学性质的研究 被引量：1

3

作者 张九如 殷江 《南京大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期147-152,共6页

采用脉冲激光淀积法在硅衬底上生长了LaErO3薄膜,用X射线衍射仪、X射线电子能谱仪、高分辨透射电子显微镜研究了该薄膜的热学和电学性质.通过电容-电压测量得到了较好的电容-电压曲线,计算得出等效SiO2厚度为1.4nm.通过高分辨电镜可以... 采用脉冲激光淀积法在硅衬底上生长了LaErO3薄膜,用X射线衍射仪、X射线电子能谱仪、高分辨透射电子显微镜研究了该薄膜的热学和电学性质.通过电容-电压测量得到了较好的电容-电压曲线,计算得出等效SiO2厚度为1.4nm.通过高分辨电镜可以看出即使经过700℃30sN2中快速热退火处理LaErO3薄膜与硅衬底之间的反应层也仅有几个原子层的厚度.X射线电子能谱分析得到非常少量的SiO2在沉积的过程中形成.测量的热学和电学性质表明LaErO3薄膜是高介电常数栅介质材料非常有前途的候选材料. 展开更多

关键词 高介电常数栅介质材料 脉冲激光淀积 薄膜

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非晶Er2O3高k栅介质薄膜的制备及结构特性研究 被引量：7

4

作者 方泽波 谭永胜 +2 位作者 朱燕艳 陈圣 蒋最敏 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期357-360,共4页

采用高真空反应蒸发法在未加热的p型Si(100)衬底上实现了非晶Er_2O_3高k栅介质薄膜的生长.俄歇电子能谱证实薄膜组分符合化学剂量比.X射线衍射、反射式高能电子衍射和高分辨透射电子显微镜测量表明,不但原位沉积的薄膜是非晶结构,而且... 采用高真空反应蒸发法在未加热的p型Si(100)衬底上实现了非晶Er_2O_3高k栅介质薄膜的生长.俄歇电子能谱证实薄膜组分符合化学剂量比.X射线衍射、反射式高能电子衍射和高分辨透射电子显微镜测量表明,不但原位沉积的薄膜是非晶结构,而且高真空700℃退火30min后样品仍保持了良好的非晶稳定性.原子力显微镜检测显示高真空退火有利于改善薄膜的表面形貌.退火后,Er_2O_3薄膜获得了平整的表面.电容一电压测试得到薄膜的有效介电常数为12.6,EOT为1.4nm,在1MV/cm时漏电流密度为8×10^(-4)A/cm^2.这些特征表明非晶Er_2O_3薄膜是一种较好的高k栅介质候选材料. 展开更多

关键词 高k栅介质 Er2O3薄膜 反应蒸发

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新一代栅介质材料——高K材料 被引量：5

5

作者 李驰平 王波 +1 位作者 宋雪梅 严辉 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期17-20,25,共5页

介绍了微电子工业的发展趋势和Si O2作为CMOS栅介质减薄所带来的问题,从而引出对高K材料的需求,简单介绍了作为栅极介质的各种高介电常数材料的性能的比较及制备高K薄膜的主要方法,总结了一些高K材料的研究现状,论述了目前有待进一步解... 介绍了微电子工业的发展趋势和Si O2作为CMOS栅介质减薄所带来的问题,从而引出对高K材料的需求,简单介绍了作为栅极介质的各种高介电常数材料的性能的比较及制备高K薄膜的主要方法,总结了一些高K材料的研究现状,论述了目前有待进一步解决的问题,并展望了高K材料的发展趋势。 展开更多

关键词 高k材料 SiO2栅介质减薄 等效SiO2厚度 介质材料 高介电常数材料 一代 发展趋势 微电子工业 CMOS SIO2

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高k值HfO_2栅介质材料电学特性的研究进展 被引量：9

6

作者 田书凤 彭英才 +1 位作者 范志东 张弘 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期22-26,共5页

随着Si-MOS集成电路的迅速发展,高k值栅介质材料将成为下一代MOS器件绝缘栅最有希望的候选材料。介绍了近年来HfO2栅介质材料在制备方法和电学特性方面的研究进展,提出了改善其电学特性的主要途径,其中包括非金属元素掺杂、构建组分渐... 随着Si-MOS集成电路的迅速发展,高k值栅介质材料将成为下一代MOS器件绝缘栅最有希望的候选材料。介绍了近年来HfO2栅介质材料在制备方法和电学特性方面的研究进展,提出了改善其电学特性的主要途径,其中包括非金属元素掺杂、构建组分渐变界面、设计准二元合金系统、制备堆垛积层结构、抑制界面层生长和选择适宜的电极材料等。 展开更多

关键词 高介电常数 HFO2栅介质 等效SiO2介电层厚度 电学特性

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新型高k栅介质材料研究进展 被引量：6

7

作者 章宁琳 宋志棠 +1 位作者 万青 林成鲁 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第4期350-353,共4页

随着半导体技术的不断发展 ,MOSFET (metal oxide semiconductorfieldeffecttransistor)的特征尺寸不断缩小 ,栅介质等效氧化物厚度已小至nm数量级。这时电子的直接隧穿效应将非常显著 ,将严重影响器件的稳定性和可靠性。因此需要寻找... 随着半导体技术的不断发展 ,MOSFET (metal oxide semiconductorfieldeffecttransistor)的特征尺寸不断缩小 ,栅介质等效氧化物厚度已小至nm数量级。这时电子的直接隧穿效应将非常显著 ,将严重影响器件的稳定性和可靠性。因此需要寻找新型高k介质材料 ,能够在保持和增大栅极电容的同时 ,使介质层仍保持足够的物理厚度来限制隧穿效应的影响。本文综述了研究高k栅介质材料的意义 ;MOS栅介质的要求 ;主要新型高k栅介质材料的最新研究动态 ; 展开更多

关键词 研究进展 MOSFET 高k材料 栅介质

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ALD淀积温度对HfO_2高k栅介质材料特性的影响 被引量：3

8

作者 匡潜玮 刘红侠 +2 位作者 樊继斌 马飞 张言雷 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期164-167,共4页

采用原子层淀积方法,在不同生长温度下制备了HfO2高k栅介质薄膜,研究了生长温度对HfO2薄膜特性的影响.实验结果表明,HfO2薄膜的生长速率受生长温度的影响很大,在高温区将随着温度的上升而增大,而在低温区将随着温度的降低而增大.通过分... 采用原子层淀积方法,在不同生长温度下制备了HfO2高k栅介质薄膜,研究了生长温度对HfO2薄膜特性的影响.实验结果表明,HfO2薄膜的生长速率受生长温度的影响很大,在高温区将随着温度的上升而增大,而在低温区将随着温度的降低而增大.通过分析HfO2薄膜的C-V特性发现,不同生长温度下淀积的HfO2薄膜的介电常数和氧化层缺陷数量都有很大区别,过高和过低的生长温度都将增加HfO2薄膜中的原生缺陷,其中,280℃～310℃区间生长的HfO2薄膜中的缺陷最少. 展开更多

关键词 高k栅介质 二氧化铪 原子层淀积 生长温度 氧化层缺陷

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Hf基高K栅介质材料研究进展 被引量：4

9

作者 王韧 陈勇 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第11期20-23,共4页

随着微电子技术的不断发展,MOSFET 的特征尺寸已缩小至100nm 以下,SiO_2作为栅介质材料已不能满足技术发展的需求,因此必须寻求一种新型高 K 的介质材料来取代 SiO_2。当今普遍认为 Hf 基栅介质材料是最有希望取代 SiO_2而成为下一代 MO... 随着微电子技术的不断发展,MOSFET 的特征尺寸已缩小至100nm 以下,SiO_2作为栅介质材料已不能满足技术发展的需求,因此必须寻求一种新型高 K 的介质材料来取代 SiO_2。当今普遍认为 Hf 基栅介质材料是最有希望取代 SiO_2而成为下一代 MOSFET 的栅介质材料。综述了高 K 栅介质材料的意义、Hf 基高 K 栅介质材料的最新研究进展和 Hf 基高 K 栅介质材料在克服自身缺陷时使用的一些技术;介绍了一款由 Hf 基高 K 介质材料作为栅绝缘层制作的 MOSFET。 展开更多

关键词 高介电常数 栅介质材料 HFO2 HFSION 层叠结构 高k栅介质 Hf 材料研究 MOSFET 微电子技术

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高k栅介质材料的研究进展 被引量：2

10

作者 蔡苇 符春林 陈刚 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2007年第2期97-100,共4页

综述了超薄SiO2栅介质层引起的问题、MOS栅介质层材料的要求、有希望取代传统SiO2的高k栅介质材料的研究进展。提出了高k栅介质材料研究中需进一步解决的问题。

关键词 高k栅介质 SIO2栅介质 等效氧化物

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高K栅介质材料的研究现状与前景 被引量：1

11

作者 余涛 吴雪梅 +1 位作者 诸葛兰剑 葛水兵 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第21期25-29,共5页

论述了45～32nm技术节点下高K材料取代SiO2的必要性和基本要求,综述了高K栅介质中极具代表性的Hf基材料。研究表明,向HfO2中分别掺杂Al、Si、Ta、N等形成的复合Hf基高K栅介质材料具备较HfO2更加优异的物理结构、晶化温度、热力学稳定性... 论述了45～32nm技术节点下高K材料取代SiO2的必要性和基本要求,综述了高K栅介质中极具代表性的Hf基材料。研究表明,向HfO2中分别掺杂Al、Si、Ta、N等形成的复合Hf基高K栅介质材料具备较HfO2更加优异的物理结构、晶化温度、热力学稳定性以及电学特性,但与此同时也存在如何优化掺杂量、沟道载流子迁移率下降以及中间层引起的界面退化等难题。针对这些挑战,探讨了新型"堆垛结构"和引起载流子迁移率下降的物理机制,展望了高K材料在未来先进COMS器件中的应用。 展开更多

关键词 高k栅介质 HFO2 Hf基高k栅介质材料 MOSFET器件

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高k栅介质原子分辨率的电镜表征:研究进展和展望(英文) 被引量：1

12

作者 朱信华 朱健民 +1 位作者 刘治国 闵乃本 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第3期280-302,共23页

随着特征尺寸不断缩小,CMOS器件已步入纳米尺度范围,因此纳米尺度器件的结构表征变得尤为关键。完备的半导体器件结构分析,要求确定原子位置、局部化学元素组成及局域电子结构。高分辨(分析型)透射电镜及其显微分析技术,能够提供衍衬像... 随着特征尺寸不断缩小,CMOS器件已步入纳米尺度范围,因此纳米尺度器件的结构表征变得尤为关键。完备的半导体器件结构分析,要求确定原子位置、局部化学元素组成及局域电子结构。高分辨(分析型)透射电镜及其显微分析技术,能够提供衍衬像(振幅衬度像)、高分辨像(相位衬度像)、选区电子衍射和会聚束电子衍射、X射线能谱(EDS)及电子能量损失谱(EELS)等分析手段,已作为半导体器件结构表征的基本工具。配有高角度环形暗场探测器的扫描透射电镜(STEM),因其像的强度近似正比于原子序数(Z)的平方,它可在原子尺度直接确定材料的结构和化学组成。利用Z-衬度像配合高分辨电子能量损失谱技术,可确定新型CMOS堆垛层中的界面结构、界面及界面附近的元素分布及化学环境。近年来新开发的球差校正器使得HRTEM/STEM的分辨率得到革命性提高(空间分辨率优于0.08 nm,能量分辨率优于0.2 eV),在亚埃尺度上实现单个纳米器件的结构表征。装备球差校正器的新一代HRTEM和STEM,使得高k栅介质材料的研究进入一个新时代。本文首先介绍了原子分辨率电镜(HRTEM和STEM)的基本原理和关键特征,对相关高分辨谱分析技术(如EDS和EELS)加以比较;然后综述了HRTEM/STEM在高k栅介质材料(如铪基氧化物、稀土氧化物和外延钙钛矿结构氧化物)结构表征方面的最新进展;最后对亚埃分辨率高k栅介质材料的结构表征进行了展望。 展开更多

关键词 高k栅介质材料 纳尺度结构和化学表征 HRTEM STEM EELS和EDS

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扫描透射电子显微镜(STEM)在新一代高K栅介质材料的应用 被引量：1

13

作者 朱信华 李爱东 刘治国 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期1233-1240,共8页

扫描透射电子显微镜(STEM)原子序数衬度像(Z-衬度像)具有分辨率高(可直接"观察"到晶体中原子的真实位置)、对化学组成敏感以及图像直观易解释等优点,成为原子尺度研究材料微结构的强有力工具。本文介绍了STEM Z-衬度像成像原... 扫描透射电子显微镜(STEM)原子序数衬度像(Z-衬度像)具有分辨率高(可直接"观察"到晶体中原子的真实位置)、对化学组成敏感以及图像直观易解释等优点,成为原子尺度研究材料微结构的强有力工具。本文介绍了STEM Z-衬度像成像原理、方法及技术特点,并结合具体的高K栅介质材料(如铪基金属氧化物、稀土金属氧化物和钙钛矿结构外延氧化物薄膜)对STEM在新一代高K栅介质材料研究中的应用进行了评述。目前球差校正STEM Z-衬度的像空间分辨率已达亚埃级,该技术在高K柵介质与半导体之间的界面微结构表征方面具有十分重要的应用。对此,本文亦进行了介绍。 展开更多

关键词 扫描透射电子显微镜 Z-衬度STEM像 高k柵介质材料 界面微结构 综述

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TiO_2/SiO_2和TiO_2/SiO_xN_y层叠结构高k栅介质比较研究 被引量：1

14

作者 徐文彬 王德苗 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第2期109-112,共4页

以射频磁控溅射为主要工艺,制备了TiO2/SiO2和TiO2/SiOxNy两种层叠结构栅介质。对C-V特性和漏电特性的测试表明,SiO2和SiOxNy等界面层的引入有效地降低了TiO2栅介质电荷密度及漏电流,而不同层叠结构的影响主要通过界面电学性能的差异体... 以射频磁控溅射为主要工艺,制备了TiO2/SiO2和TiO2/SiOxNy两种层叠结构栅介质。对C-V特性和漏电特性的测试表明,SiO2和SiOxNy等界面层的引入有效地降低了TiO2栅介质电荷密度及漏电流,而不同层叠结构的影响主要通过界面电学性能的差异体现出来。对漏电特性的进一步分析显示,TiO2/SiO2结构中的缺陷体分布和TiO2/SiOxNy结构中的缺陷界面分布是导致电学性能差异的主要原因。综合比较来看,TiO2/SiOxNy结构栅介质在提高MOS栅介质性能方面有更大的优势及更好的前景,有助于拓展TiO2薄膜在高k栅介质领域的应用。 展开更多

关键词 栅介质 二氧化钛 层叠介质 射频磁控溅射 高介电常数

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高k栅介质材料制备技术研究进展 被引量：2

15

作者 刘冰 穆继亮 +3 位作者 陈东红 丑修建 郭涛 熊继军 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2013年第12期6-9,共4页

随着半导体器件特征尺寸的不断减小,传统SiO2栅介质减薄到1 nm以下时会导致栅极漏电流增大、器件可靠性下降等诸多问题,已无法满足CMOS技术长远发展要求。因此,寻求替代SiO2的新型栅介质材料,减少器件的隧穿电流,提升可靠性成为CMOS技... 随着半导体器件特征尺寸的不断减小,传统SiO2栅介质减薄到1 nm以下时会导致栅极漏电流增大、器件可靠性下降等诸多问题,已无法满足CMOS技术长远发展要求。因此,寻求替代SiO2的新型栅介质材料,减少器件的隧穿电流,提升可靠性成为CMOS技术的发展方向。如何制备化学性质稳定、性能优异的栅介质薄膜成为高k栅介质材料亟待解决的问题。论述了理想高k栅介质材料的基本要求,重点介绍了高k栅介质材料制备技术的研究进展,并分析指出了高k栅介质材料制备技术的未来发展趋势。 展开更多

关键词 高介电常数 栅介质 掺杂 制备技术

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单晶Tm_2O_3高k栅介质漏电流输运机制研究 被引量：1

16

作者 杨晓峰 谭永胜 +3 位作者 方泽波 冀婷 汪建军 陈太红 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第B11期318-321,共4页

利用分子束外延技术在p型Si(001)衬底上外延生长了单晶Tm2O3高k栅介质薄膜,分别在不同温度下测量了薄膜的电流-电压特性。基于变温电流-电压特性数据的漏电流输运机制分析表明,单晶Tm2O3栅介质薄膜在正偏压下的主要漏电流输运机制为肖... 利用分子束外延技术在p型Si(001)衬底上外延生长了单晶Tm2O3高k栅介质薄膜,分别在不同温度下测量了薄膜的电流-电压特性。基于变温电流-电压特性数据的漏电流输运机制分析表明,单晶Tm2O3栅介质薄膜在正偏压下的主要漏电流输运机制为肖特基发射,而在负偏压下的主要漏电流输运机制为Frenkel-Poole发射。 展开更多

关键词 单晶Tm2O3薄膜 高k栅介质 肖特基发射 Frenkel-Poole发射

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高K栅介质研究进展 被引量：8

17

作者 赵毅 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2004年第5期16-19,共4页

介绍了国内外对高K栅极介质的研究现状。分析了适合用于作为栅极介质的高介电常数材料的种类,用于制备高K薄膜的方法。

关键词 栅极介质 高介电常数材料 高k栅介质 介电层 场效应管 二氧化硅

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SrHfON高k栅介质薄膜的漏电特性研究

18

作者 王雪梅 刘正堂 冯丽萍 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期778-782,共5页

采用射频反应磁控溅射法在p-Si(100)衬底上成功制备出SrHfON高k栅介质薄膜,并研究了Au/SrHfON/Si MOS电容的漏电流机制及应力感应漏电流(SILC)效应。结果表明,MOS电容的漏电流密度随N2流量的增加而减小。在正栅压下,漏电流主要由Schottk... 采用射频反应磁控溅射法在p-Si(100)衬底上成功制备出SrHfON高k栅介质薄膜,并研究了Au/SrHfON/Si MOS电容的漏电流机制及应力感应漏电流(SILC)效应。结果表明,MOS电容的漏电流密度随N2流量的增加而减小。在正栅压下,漏电流主要由Schottky发射机制引起;在负栅压下,漏电流机制在低、中、高栅电场区时分别为Schottky发射、F-P发射和F-N隧穿机制。同时,Au/SrHfON/SiMOS电容表现出明显的SILC效应,经恒压应力后薄膜在正栅压下的漏电流由Schottky发射和F-P发射机制共同作用,且后者占主导地位。 展开更多

关键词 高k栅介质 SrHfON 漏电流机制 应力感应漏电流

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高k材料用作纳米级MOS晶体管栅介质薄层(下)

19

作者 翁妍 汪辉 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期93-97,共5页

随着45 nm及32 nm技术节点的来临,高介电常数(high-k)材料成为代替SiO2作为栅介质薄层材料的较好选择,但是大多数高k材料是离子金属氧化物,其基本物理性能和材料特性不仅导致了很多不可靠因素,还会造成电学性能的损失。简述了高k材料的... 随着45 nm及32 nm技术节点的来临,高介电常数(high-k)材料成为代替SiO2作为栅介质薄层材料的较好选择,但是大多数高k材料是离子金属氧化物,其基本物理性能和材料特性不仅导致了很多不可靠因素,还会造成电学性能的损失。简述了高k材料的一些电学性能以及频率变化的电荷泵技术在高k栅介质薄层探测到的缺陷深度,总结了高k材料的基本限制及主要问题,并且介绍了未来技术节点的可能解决方案。 展开更多

关键词 栅介质薄层 高介电常数 电学结果

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高k材料用作纳米级MOS晶体管栅介质薄层(上)

20

作者 翁妍 汪辉 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第1期1-5,共5页

随着45 nm和32 nm技术节点的来临,传统的SiO2作为栅介质薄膜材料的厚度需缩小到1 nm之下,材料的绝缘性、可靠性等受到了极大的挑战,已不能满足技术发展的要求。高k材料成为代替SiO2作为栅介质薄层材料的不错选择,但是大多数高k材料是离... 随着45 nm和32 nm技术节点的来临,传统的SiO2作为栅介质薄膜材料的厚度需缩小到1 nm之下,材料的绝缘性、可靠性等受到了极大的挑战,已不能满足技术发展的要求。高k材料成为代替SiO2作为栅介质薄层材料的不错选择,但是大多数高k材料是离子金属氧化物,其基本物理和材料特性导致产生很多不可靠因素。从高k材料的基本物理和材料特性角度,回顾了高k材料代替SiO2用作纳米级MOS晶体管栅介质薄层时产生的主要不可靠因素及根本原因。 展开更多

关键词 栅介质薄层 高介电常数 可靠性

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