Měření charakteristik kondenzátoru na čipu na bázi vícevrstvých dielektrik o tloušťce v rozmezí několika nanometrů

Abstract

Na dosiahnutie zvýšenia kapacitnej hustoty čipových kondenzátorov sa uskutočňuje výskum s použitím dielektrických izolačných vrstiev s vysokou permitivitou. Depozícia atomárnych vrstiev umožňuje výrobu vrstiev s hrúbkou v nanometroch. Avšak v takýchto prípadoch zvýšená vodivosť ultratenkých vrstiev zhoršuje ich dielektrické vlastnosti. Jedným zo spôsobov, ako tento efekt zmierniť, je použitie multivrstiev z rôznych dielektrík so striedavou vysokou a nízkou permitivitou. Napríklad je možné použiť vrstvy TiO2 alebo HfO2 a Al2O3, pričom Al2O3 znižuje vodivosť. Cieľom tejto práce bolo zmerať vlastnosti takýchto vrstiev, vrátane C/V a J/V charakteristík, ako aj prierazného napätia. Výsledky ukazujú, že viacvrstvové štruktúry TiO2/Al2O3 nie sú použiteľné kvôli zlej kvalite depozície a nespoľahlivým výsledkom merania. Vrstvy HfO2/Al2O3 vykazovali priemerné vlastnosti oboch zložkových oxidov, čo umožňuje vyššiu kapacitnú hustotu a znížený únikový prúd v MIS štruktúrach. Dodatočne bolo vykonané pozorovanie rôznych hrúbok vrstiev z Al2O3, pričom sa zistilo, že zníženie hrúbky vedie k zvýšenému únikovému prúdu.

In order to achieve high on-chip capacitance density, there is ongoing research being done with insulator layer materials that have high dielectric constant. Atomic layer deposition allows for the fabrication of layers with thicknesses in the range of nanometers, but in such cases, increased conductivity degrades their dielectric properties. One way to mitigate this effect is to use multilayers of different dielectrics with high and low permittivity, for example, by using layers of TiO2 or HfO2 and Al2O3, in which Al2O3 reduces the conductivity. The aim of this work was to measure the properties of such layers, including the C/V and J/V characteristics, as well as the breakdown electric field. The results show that the multilayered stacks of TiO2/Al2O3 are unusable due to poor deposition and unreliable acquired data. The HfO2/Al2O3 exhibited average properties of the two constituent oxides, allowing for higher capacitive density and lower leakage currents of the MIS structures. Furthermore, by changing the thickness of pure Al2O3 it was observed that a decrease in thickness causes an increase in leakage currents.