Adsorbat-modifiziertes Wachstum ultradünner Seltenerdoxid ... - E-LIB

1 Einleitung
(effective oxide thickness, EOT) ∗ des Gateoxids in der MOSFET-Struktur ungewollt
erhöht [31]. Aufgrund der hohen Defektdichte der dünnen SiO x - und RESi x O y -
Phasen an der Grenzfläche werden bis jetzt jedoch noch nachoxidierte dicke amorphe
Seltenerd-Gateoxid-MOSFET-Strukturen verwendet, die deutlich geringere Defektdichten
und damit bessere Transistorkennlinien aufweisen [31, 32]. Da die verwendeten
amorphen Filme aber geringere dielektrische Konstanten und damit höhere
EOTs aufweisen [32], ist die Realisierung von epitaktischen High-k-Seltenerdoxid-
Filmen von höchster Kristallinität und minimalem Defekt-Anteil an der Grenzfläche
entscheidend für die Herstellung von hochperformanten Seltenerdoxid-MOSFET-
Strukturen mit äußerst geringen EOTs.
Um die Probleme der reaktiven Seltenerdoxid-Silizium-Grenzfläche zu umgehen und
dadurch eine epitaktische Grenzfläche zwischen Seltenerdoxid-Filmen und Silizium-
Substrat mit geringer Defektdichte herzustellen, wurde neben dem gezielten Beeinflussen
der Wachstumskinetik (Wachstumsrate, Sauerstoffhintergrunddruck und
Substrattemperatur) [17] bereits versucht, die Si(111)-Oberfläche vor dem Seltenerdoxid-Wachstum
mit Hilfe von Wasserstoff zu passivieren [33, 34]. Obwohl die
Wasserstoff-Passivierung in der Lage ist, den amorphen SiO x - und RESi x O y -Anteil
an der Grenzfläche drastisch zu reduzieren, limitiert die geringe Wachstumstemperatur
von maximal 450 ℃ (bei höheren Temperaturen desorbiert Wasserstoff von der
Silizium-Oberfläche [35]) die zu erreichende Kristallinität der Seltenerdoxid-Filme.
Ziel dieser Dissertation ist es zunächst, das Konzept der Passivierung der Si(111)-
Oberfläche für das Seltenerdoxid-Wachstum auf andere Adsorbate wie Chlor, Silber
und Gallium zu übertragen. Die Desorptionstemperaturen dieser Adsorbate
liegen höher als für Wasserstoff und somit ist es möglich, für eine höhere Kristallinität
der Seltenerdoxid-Filme die Wachstumstemperatur anzuheben. Gleichzeitig
kann die Rolle der Adsorbate im Wachstumsprozess erstmals spektroskopisch
und strukturell aufgeklärt werden. Anhand des Wachstums von Ceroxid-,
Lanthanoxid- und Lanthanoxid-Ceroxid-Multilagen-Filmen wird mit Hilfe zahlreicher
komplementärer Synchrotronstrahlungsmessmethoden erstmals gleichzeitig die
Kristallinität der Seltenerdoxide und die chemische und strukturelle Beschaffenheit
der Grenzfläche in Abhängigkeit des zur Passivierung verwendeten Adsorbates
und der Wachstumsparameter charakterisiert. Dabei wird das anfängliche Wachstum
anhand ultradünner Seltenerdoxid-Filme und Seltenerdoxid-Multilagen-Filme
auf Si(111) mit Hilfe der Messmethoden der stehenden Röntgenwellenfelder (XSW)
und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) beleuchtet, während das fortgeschrittene
Wachstum anhand von Seltenerdoxid-Filmen mit höheren Schichtdicken
mit Hilfe von Röntgenbeugung (XRD) studiert wird. Insgesamt soll so ein entscheidender
Beitrag zum tieferen Verständnis des Adsorbat-modifizierten Seltenerdoxid-
Wachstums auf Si(111) geleistet werden, welches die gezielte Herstellung einer perfekt
geeigneten Grenzfläche und von Seltenerdoxid-Filmen von höchster Kristalli-
∗ Die effektive Oxidschichtdicke (EOT) beschreibt die SiO 2 -Schichtdicke, die benötigt wird, um eine
identische Kapazität zu erzeugen, wie der High-k-Film.
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