Caracterização de dielétricos depositados por “atomic layer deposition’’ usando estrutura MOS

Abstract

Capacitores MOS com camadas dielétricas de Al2O3, HfO2, TiO2, fabricadas usando a técnica de deposição por camada atômica (ALD) e de SiO2, fabricadas por oxidação térmica. Medidas de I - V e C - V foram utilizadas para obter a constante dielétrica, espessura efetiva do óxido (EOT), tensão e campo de ruptura dielétrica, corrente de fuga e qualidade de interface. Os resultados mostram a presença de filmes com constantes dielétricas de 4,69 e 6,46 para os dielétricos de Al2O3 e HfO2, nesta ordem. A constate dielétrica para TiO2 não foi possível de ser calculada. Adicionalmente, correntes de fuga de 5 pA e 50 pA em -5 V para Al2O3 e HfO2, respectivamente, foram medidas. Entre os dielétricos high-k fabricados, o Al2O3 apresentou as melhores propriedades elétricas, tais como menor densidade de cargas aprisionadas ( ), maior valor de tensão de ruptura dielétrica (22,47 V) e campo elétrico de ruptura (10,40 MV/cm). O Al2O3 torna-se, então, um viável substituto para o problema da elevada corrente de tunelamento em filmes finos de SiO2, em transistores MOS, através da troca destes filmes por camadas mais espessas de Al2O3 de mesma capacitância, no entanto, resultando em diminuição na corrente de tunelamento.

MOS capacitors with dielectric layers of Al2O3, HfO2, TiO2, made using atomic layer deposition (ALD) and SiO2, made by thermal oxidation. I - V and C - V measurements were used to obtain the dielectric constant, effective oxide thickness (EOT), voltage and dielectric rupture field, leakage current and interface quality. The results show the presence of films with dielectric constants of 4,69 and 6,46 for the dielectric of Al2O3 and HfO2, in this order. The dielectric constant for TiO2 could not be calculated. In addition, leakage currents of 5 pA and 50 pA in -5 V for Al2O3 and HfO2, respectively, were measured. Among the high-k dielectrics manufactured, Al2O3 presented the best electrical properties, such as lower density of entrapped loads ( ), higher dielectric rupture voltage (22,47 V) and electric field rupture (10,40 MV/ cm). Al2O3 then becomes a viable substitute for the problem of the high tunneling current in SiO2 thin films in MOS transistors, by changing these films by thicker Al2O3 layers of the same capacitance, however, resulting in a decrease In the tunneling stream.