SLOVENSKÁ AKADÉMIA VIED V BRATISLAVE Elektrotechnický ústav Oddelenie tenkých vrstiev oxidov

1. SLOVENSKÁ AKADÉMIA VIED V BRATISLAVEElektrotechnický ústavOddelenie tenkých vrstiev oxidov 26. Septembra 2006, Smolenice Výskum vlastností materiálov pre pokročilé MOS štruktúry Ing. Roman LuptákŠkoliteľ:Ing. Karol Fröhlich, DrSc.

2. Obsah • Motivácia • Experiment • Štruktúra a elektrické vlastnosti Gd2O3 • Štruktúra a elektrické vlastnosti GdScO3 • Zhrnutie a plány do budúcnosti

3. Motivácia Požadované vlastnosti pre nové high-k materiály: • Vysoká permitivita • Šírka zakázaného pásu ako aj offsetov • Kvalita rozhrania • Termodynamická stabilita • Nízke zvodové prúdy • Kompatibilita s kovovým hradlom Alternatívne dielektriká pre MOSFET: Al2O3, La2O3, Gd2O3, ZrO2, HfO2, ZrSiO4, HfSiO4 →

4. Výber vhodných materiálov • Hodnota dielektrickej konštanty podľa ITRS: •   20 • Šírka zakázaného pásu podľa ITRS: • aspoň 4 eV,prioritne  5 eV

5. Experiment Cieľ: príprava viaczložkových oxidov na báze Gd (Gd2O3, GdScO3) • Príprava tenkých vrstiev Gd2O3, GdScO3technikou MOCVD tepelného odparovania / vstrekovania na Si substrát • Analytické metódy: XRD, XRR, XPS, TEM Ru-Gd2O3/GdScO3- Si - Alštruktúra pre meranieelektrických vlastností • Nanesenie kovového hradla pomocou MOCVD na systémoxid - Si • Optickou fotolitografiou pripravené elektródy vhodné pre C-V merania • Vytvorený zadný Al ohmický kontakt

6. XRD a XRR analýza Gd2O3 • XRD: polykryštalický charakter, deformovaná kubická štruktúra • XRR: Určovanie hrúbok, hladký povrch, definované rozhranieGd2O3/Si

7. XPS analýza Gd2O3 • Zloženie vrstvy Gd2O3→hĺbkový profil • Prítomnosť silikátu Gd2Si2O7na rozhraní !

8. 500 kHz C-V charakterizáciaGd2O3 Zvodový prúd pri 2V: JGd2O3 = 3.7 A/cm2 JGdON= 0.3 A/cm2 Ekvivalentná hrúbka oxidu: EOT Napätie vyrovnaných pásov: VFB

9. Ru Gd2O3 SiO2 Si Al Určenie parametrovGd2O3 z C-V závislostí

10. XRD a XRR analýza GdScO3 • Amorfná, polykryštalická štruktúra GdScO3 • Zložitý model fitovania XRR spektra  gradient hustoty GdScO3

11. Elektrické vlastnosti GdScO3 (Al-oxid-Si-Al)

12. Zhrnutie • Príprava: MOCVD, Gd(TMHD)3/ Sc(TMHD)3prekurzor,nanášanýpri 500°C/550°C. • XRD: polykryštalická kubická štruktúra pre Gd2O3, amorfná fáza GdScO3 • XRR: určovanie hrúbky, definovanérozhranie oxid/ Si. • TEM, XPS: prítomnosť Gd2Si2O7 silikátu na rozhraní Gd2O3/Si. • Elektrická charakterizácia: dielektrická konštanta kGd2O3 12, kGdScO3 16 zvodový prúd  230 mA/cm2 pre nitridovaný Gd2O3. Plán do budúcnosti: Optimalizácia depozičných parametrov  stabilita fázy GdScO3, XPS analýza, podrobnejšia analýza C-V a I-V závislostí

13. Publikácie • Lupták, R., Fröhlich, K., Rosová, A., Hušeková, Ťapajna, M., K., Machajdík, D., Jergel, M., Espinós, J.P., Mansilla, C.: Growth of gadolinium oxide films for advaned MOS structure, Microelectronic Engn. 80 (2005) 154-157., prezentované: INFOS 2005 • K. Frohlich, R. Luptak, E. Dobrocka, K. Husekova, K. Cico, A. Rosova, M. Lukosius, A. Abrutis, P. Pisecny, J.P. Espinos.: Characterization of rare earth oxides based MOSFET gate stacks prepared by metal-organic chemical vapour deposition, prezentované: E-MRS 2006 spring meeting, poslané: Materials in semiconductor processing

14. Ďakujem za pozornosť !