Αλληλεπίδραση ηλεκτροδίων - διηλεκτρικών υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς σε δομές MIS ημιαγωγών της ομάδας IV
Το Al2O3 αποτελεί ένα από τα κύρια υποψήφια high-k οξείδια, σε μια μελλοντική τεχνολογία CMOS που θα βασίζεται στο Γερμάνιο. Προς την κατεύθυνση της βελτιστοποίησης της διεπιφάνειας Al2O3/Ge, έχουν προταθεί ποικίλες μέθοδοι, στις οποίες εμπλέκονται διαφορετικά στάδια της κατασκευής δομών MOS. Σε προ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/15858 |
| id |
nemertes-10889-15858 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Αλούμινα (Al2O3) Δομές MOS Πυρίτιο Ατομική εναπόθεση στρώματος Ανόπτηση Οξείδια υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς Aluminum oxide (Al2O3) MOS structures Silicon (Si) Atomic layer deposition (ALD) Annealing High-k oxides |
| spellingShingle |
Αλούμινα (Al2O3) Δομές MOS Πυρίτιο Ατομική εναπόθεση στρώματος Ανόπτηση Οξείδια υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς Aluminum oxide (Al2O3) MOS structures Silicon (Si) Atomic layer deposition (ALD) Annealing High-k oxides Ρελλιάς, Γιώργος Αλληλεπίδραση ηλεκτροδίων - διηλεκτρικών υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς σε δομές MIS ημιαγωγών της ομάδας IV |
| description |
Το Al2O3 αποτελεί ένα από τα κύρια υποψήφια high-k οξείδια, σε μια μελλοντική τεχνολογία CMOS που θα βασίζεται στο Γερμάνιο. Προς την κατεύθυνση της βελτιστοποίησης της διεπιφάνειας Al2O3/Ge, έχουν προταθεί ποικίλες μέθοδοι, στις οποίες εμπλέκονται διαφορετικά στάδια της κατασκευής δομών MOS. Σε προηγούμενη μελέτη της ερευνητικής ομάδας, παρατηρήθηκε σε δομές Pt/Al2O3/Ge η αντίδραση μεταξύ μετάλλου πύλης Pt και του εναποθετημένου διηλεκτρικού Al2O3, και ο σχηματισμός ενδιάμεσου στρώματος Pt-Al, κάτι που αποδόθηκε στην έκθεση του Al2O3 στον εμφανιστή (MIF-726) κατά το στάδιο της αρνητικής λιθογραφίας. Η ανόπτηση σε περιβάλλον Forming Gas (10% H2, 90% N2) ενίσχυσε περαιτέρω την παραπάνω αντίδραση. Η παρούσα εργασία στοχεύει στην περαιτέρω μελέτη της αντίδρασης μετάλλου-διηλεκτρικού, και για αυτόν τον σκοπό θα εξεταστεί η πιθανή επίδραση του υποστρώματος, καθώς και η εξάρτηση από την θερμοκρασία ανόπτησης σε περιβάλλον Forming Gas. Κατασκευάστηκαν δομές Pt/(10nm)Al2O3/p-Si, και χαρακτηρίστηκαν δομικά και ηλεκτρικά. Το διηλεκτρικό εναποτέθηκε με την τεχνική Ατομικής Εναπόθεσης Στρώματος (Atomic Layer Deposition- ALD). Η εξαγωγή της πυκνότητας των διεπιφανειακών παγίδων πραγματοποιήθηκε από τις μετρήσεις Gp/ω=f(f). Ακολούθως, πραγματοποιήθηκε σύγκριση με αποτελέσματα ηλεκτρικών μετρήσεων σε δομές Μετάλλου/Al2O3/p-Ge που βρίσκονταν στη διάθεση της ερευνητικής ομάδας. Οι δομές που αναπτύχθηκαν σε υπόστρωμα Si, εμφανίστηκαν περισσότερο ανθεκτικές, παρά το μικρό πάχος διηλεκτρικού (10 nm), ενώ δεν παρατηρήθηκε η αντίδραση Pt-Al2O3. Αποσταθεροποίηση των δομών παρουσιάστηκε στις υψηλότερες θερμοκρασίες ανόπτησης (>400oC), που συνοδεύτηκε από έντονα ρεύματα διαρροής. Οι δομές σε υπόστρωμα Ge, παρά το μεγαλύτερο πάχος διηλεκτρικού τους, εμφανίστηκαν περισσότερο αποσταθεροποιημένες, ήδη από την θερμοκρασία ανόπτησης στους 350 oC. Τα παραπάνω συμπεράσματα αποτελούν μια πρώτη ένδειξη για την επίδραση του υποστρώματος στην υποβάθμιση των δομών. |
| author2 |
Rellias, Yorgos |
| author_facet |
Rellias, Yorgos Ρελλιάς, Γιώργος |
| author |
Ρελλιάς, Γιώργος |
| author_sort |
Ρελλιάς, Γιώργος |
| title |
Αλληλεπίδραση ηλεκτροδίων - διηλεκτρικών υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς σε δομές MIS ημιαγωγών της ομάδας IV |
| title_short |
Αλληλεπίδραση ηλεκτροδίων - διηλεκτρικών υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς σε δομές MIS ημιαγωγών της ομάδας IV |
| title_full |
Αλληλεπίδραση ηλεκτροδίων - διηλεκτρικών υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς σε δομές MIS ημιαγωγών της ομάδας IV |
| title_fullStr |
Αλληλεπίδραση ηλεκτροδίων - διηλεκτρικών υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς σε δομές MIS ημιαγωγών της ομάδας IV |
| title_full_unstemmed |
Αλληλεπίδραση ηλεκτροδίων - διηλεκτρικών υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς σε δομές MIS ημιαγωγών της ομάδας IV |
| title_sort |
αλληλεπίδραση ηλεκτροδίων - διηλεκτρικών υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς σε δομές mis ημιαγωγών της ομάδας iv |
| publishDate |
2022 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/15858 |
| work_keys_str_mv |
AT relliasgiōrgos allēlepidrasēēlektrodiōndiēlektrikōnypsēlēsdiēlektrikēsstatherassedomesmisēmiagōgōntēsomadasiv AT relliasgiōrgos electrodeshighkdielectricsinteractiononmisstructuresofgroupivsemicodnuctors |
| _version_ |
1771297189453103104 |
| spelling |
nemertes-10889-158582022-09-05T09:40:48Z Αλληλεπίδραση ηλεκτροδίων - διηλεκτρικών υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς σε δομές MIS ημιαγωγών της ομάδας IV Electrodes - high-k dielectrics interaction on MIS structures of group IV semicodnuctors Ρελλιάς, Γιώργος Rellias, Yorgos Αλούμινα (Al2O3) Δομές MOS Πυρίτιο Ατομική εναπόθεση στρώματος Ανόπτηση Οξείδια υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς Aluminum oxide (Al2O3) MOS structures Silicon (Si) Atomic layer deposition (ALD) Annealing High-k oxides Το Al2O3 αποτελεί ένα από τα κύρια υποψήφια high-k οξείδια, σε μια μελλοντική τεχνολογία CMOS που θα βασίζεται στο Γερμάνιο. Προς την κατεύθυνση της βελτιστοποίησης της διεπιφάνειας Al2O3/Ge, έχουν προταθεί ποικίλες μέθοδοι, στις οποίες εμπλέκονται διαφορετικά στάδια της κατασκευής δομών MOS. Σε προηγούμενη μελέτη της ερευνητικής ομάδας, παρατηρήθηκε σε δομές Pt/Al2O3/Ge η αντίδραση μεταξύ μετάλλου πύλης Pt και του εναποθετημένου διηλεκτρικού Al2O3, και ο σχηματισμός ενδιάμεσου στρώματος Pt-Al, κάτι που αποδόθηκε στην έκθεση του Al2O3 στον εμφανιστή (MIF-726) κατά το στάδιο της αρνητικής λιθογραφίας. Η ανόπτηση σε περιβάλλον Forming Gas (10% H2, 90% N2) ενίσχυσε περαιτέρω την παραπάνω αντίδραση. Η παρούσα εργασία στοχεύει στην περαιτέρω μελέτη της αντίδρασης μετάλλου-διηλεκτρικού, και για αυτόν τον σκοπό θα εξεταστεί η πιθανή επίδραση του υποστρώματος, καθώς και η εξάρτηση από την θερμοκρασία ανόπτησης σε περιβάλλον Forming Gas. Κατασκευάστηκαν δομές Pt/(10nm)Al2O3/p-Si, και χαρακτηρίστηκαν δομικά και ηλεκτρικά. Το διηλεκτρικό εναποτέθηκε με την τεχνική Ατομικής Εναπόθεσης Στρώματος (Atomic Layer Deposition- ALD). Η εξαγωγή της πυκνότητας των διεπιφανειακών παγίδων πραγματοποιήθηκε από τις μετρήσεις Gp/ω=f(f). Ακολούθως, πραγματοποιήθηκε σύγκριση με αποτελέσματα ηλεκτρικών μετρήσεων σε δομές Μετάλλου/Al2O3/p-Ge που βρίσκονταν στη διάθεση της ερευνητικής ομάδας. Οι δομές που αναπτύχθηκαν σε υπόστρωμα Si, εμφανίστηκαν περισσότερο ανθεκτικές, παρά το μικρό πάχος διηλεκτρικού (10 nm), ενώ δεν παρατηρήθηκε η αντίδραση Pt-Al2O3. Αποσταθεροποίηση των δομών παρουσιάστηκε στις υψηλότερες θερμοκρασίες ανόπτησης (>400oC), που συνοδεύτηκε από έντονα ρεύματα διαρροής. Οι δομές σε υπόστρωμα Ge, παρά το μεγαλύτερο πάχος διηλεκτρικού τους, εμφανίστηκαν περισσότερο αποσταθεροποιημένες, ήδη από την θερμοκρασία ανόπτησης στους 350 oC. Τα παραπάνω συμπεράσματα αποτελούν μια πρώτη ένδειξη για την επίδραση του υποστρώματος στην υποβάθμιση των δομών. Al2O3 is one of the main high-k oxides that are seriously considered as the material of choice in a future CMOS, Ge-based technology. On the direction of optimizing the interface Al2O3/Ge, various methods have been proposed, where different stages of the MOS manufacturing process are involved. In a previous study of the research group in Pt/Al2O3/Ge structures, a reaction between metal gate Pt and dielectric Al2O3 was observed, followed by the creation of an interfacial Pt-Al layer. The reaction was attributed to the exposure of Al2O3 on the developer (MIF-726), during the stage of negative photolithography. Moreover, annealing in Forming Gas ambient (10% H2, 90% N2) appeared to enhance the above reaction. The current study, aims in further studying the metal-dielectric reaction, and for that purpose, the possible effect of substrate will be examined, as well as the dependance on the forming gas annealing temperature. Pt/(10nm)Al2O3/p-Si structures are constructed, and characterized, structurally and electrically. The Al2O3 oxide was deposited using the ALD technique (Atomic Layer Deposition). The extraction of interfacial traps density was made, using the Gp/ω=f(f) measurements. Subsequently, the results were compared with unpublished electrical measurements on Metal/Al2O3/p-Ge structures, that belonged to the research group. As it was found, Si-substrate structures proved to be more durable, despite their small oxide thickness (10 nm). Destabilization of Si structures was observed for high annealing temperatures (>400oC), followed by intense leakage currents. On the other hand, Ge-based structures, although having bigger oxide thickness, appeared to be more destabilized, even in smaller annealing temperatures (350 oC). The above results lead to the first indication for possible effect of the substrate in the device degradation. 2022-02-28T11:47:03Z 2022-02-28T11:47:03Z 2021-02-26 http://hdl.handle.net/10889/15858 gr application/pdf |
