以硝酸氧化金屬膜及高溫退火技術製作奈米尺度高介電係數氧化鋁及氧化鉿閘極介電層
Date Issued
2004
Date
2004
Author(s)
Kuo, Chih-Sheng
DOI
en-US
Abstract
本碩士論文之研究成果主要著眼於高介電常數Al2O3及HfO2閘極絕緣層新式製程研發。我們提出以硝酸在一定濃度下，直接氧化金屬薄膜，再配合適當的退火技術，便可得到等效氧化層厚度為18Å的Al2O3和14 Å的HfO2閘極絕緣層。此硝酸氧化金屬薄膜之技術完全是在室溫下進行，且具有相當好之均勻度及相當便宜之成本，為一具有潛力與應用價值之技術。本技術提出以硝酸氧化金屬鋁使成為Al2O3後再使用N2或O2為退火氣體。我們藉由觀察基板注入電流和介面電荷陷阱所導致的電容差值來分析閘極氧化層和矽基板間的介面特性。本研究也針對有無初始SiO2作為緩衝介面之Al2O3閘極氧化層金氧半電容元件分析其電特性差異，研究結果顯示具有初始SiO2作為緩衝介面的元件比沒有初始SiO2的元件具有較佳之電特性。使用650℃，N2做為備製Al2O3/SiO2閘極介電層之退火條件的電容元件可以在等效氧化層厚度為18Å時比使用快速熱氧化成長之SiO2閘極注入漏電流小1000倍。在以硝酸氧化鉿金屬成為HfO2閘極氧化層研究中，我們成弗o到均勻度相當高且遲滯效應極小的金氧半電容元件，我們也加以分析確定使用此硝酸氧化技術能得到電子傳導機制為Fowler– Nordhein傳導機制。對此HfO2閘極氧化層施以定電壓stress後，電特性的變化顯示以硝酸氧化之HfO2閘極氧化層能承受一定範圍之電壓stress而不會使元件特性衰退。使用硝酸氧化之HfO2在等效氧化層厚度為14Å時之閘極注入漏電流比使用快速熱氧化所成長之SiO2閘極氧化層低1000倍，證明本研究提出之硝酸氧化金屬薄膜技術，對低漏流超薄閘極氧化層製程開發有相當大的貢獻。
Subjects
硝酸氧化
金氧半電容
二氧化鉿
high-k gate dielectrics
HfO2
Nitric acid oxidation
Type
thesis
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