Deliverables and Services - IHP Microelectronics

sind in der Automobilelektronik ein häufig verwendetes
Bauteil. Um deren benötigte Fläche zu reduzieren, sind
integrierte Kondensatoren mit sehr hohen spezifischen
Flächenkapazitäten notwendig. Eine höhere Flächenkapazität
würde eine höhere Integrationsdichte erlauben,
was die Halbleiterbauteilfertigung wirtschaftlicher
und energieeffizienter macht. Ein Schwerpunkt
liegt dabei zurzeit auf der Verwendung perovskitartiger
Isolatoren, die eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante
>100 besitzen.
Im ebenfalls vom BMBF geförderten Projekt MEGA EPOS
(Metall-Gate-Elektroden und epitaktische Oxide als
Gate-Stacks für zukünftige CMOS-Logik- und Speichergenerationen)
arbeitet die Abteilung an der Entwicklung
dielektrischer Schichten für zukünftige MIM-basierte
DRAM (Dynamic Random Access Memories) Kondensatoren.
Im Fokus der Arbeiten stehen Hf- und Zr-basierte
polykristalline Materialien, die eine kubische Perovskit-
Struktur besitzen. Für Materialien wie BaHfO 3 , BaZrO 3
und SrHfO 3 wurden Dielektrizitätskonstanten von ~ 40
und Leckstromdichten von ~ 10 -7 A / cm 2 bei CET ~ 1,2
nm (Capacitance Equivalent Thickness) erreicht. Durch
eine Kombination von BaHfO 3 und TiO konnte die Dielektrizitätskonstante
bis auf ~ 90 verbessert werden.
Im Hinblick auf die technologische Verwertung dieser
Materialien wird auch eine entsprechende chemische
Dampfphasen-Abscheidung (CVD) entwickelt. Mittels
Ab-Initio-Berechnungen wurden wichtige Hinweise für
die Optimierung der Abscheidungsprozesse gewonnen.
Mit Unterstützung der DFG untersucht die Abteilung
Materialforschung darüber hinaus eine neue Klasse
MIM-Speicher. Diese Arbeiten zielen auf die weitere
Leistungssteigerung der BiCMOS-Technologie des IHP
durch die Integration nichtflüchtiger Speicherfunktionen.
Dieser MIM-Speichertyp ist vergleichsweise
einfach im BEOL zu integrieren und beruht auf einer
elektrisch steuerbaren, nichtflüchtigen Widerstandsänderung
des Isolators einer MIM Struktur zwischen
einem isolierenden („off“) und einem leitenden
(„on“) Widerstandszustand. Dieser Speichertyp wird
2 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
d A S J A H r 2 0 0 9 – u p d A t e 2 0 0 9
the required area, integrated capacitors with extremely
high specific area capacities are required. the
increase of the area capacity allows for a higher integration
density and therefore supports the economic
and energy efficient semiconductor production. one
focus is on perovskite-related materials with extremely
high dielectric constants >100.
the department`s goal in the BMBF-funded project
MeGA epoS (metal gate electrodes and epitaxial
oxides as gate stacks for future CMoS logic and memory
generations) is the development of dielectric
layers for future MIM-based DRAM (Dynamic Random
Access Memory) capacitors. the investigations are
focused on Hf- and Zr-based polycrystalline materials
with a cubic perovskite structure. For BaHfo 3 , BaZro 3
and SrHfo 3 , dielectric constants of around 40 and leakage
current densities of 10 -7 A / cm 2 at Cet of 1.2 nm
(Capacitance equivalent thickness) were achieved.
A combination of BaHfo 3 and tio allowed for improving
the dielectric constant to around 90. to enable
a technological evaluation of the new materials, suitable
chemical vapour deposition (CVD) processes are
being developed at the same time. the experiments
were supported by theoretical simulations and ab initio
calculations delivering important input for optimization
of the deposition conditions.
Supported by the DFG, the department currently investigates
a new class of MIM-memories. this work is
directed towards a higher performance of IHp`s BiC-
MoS technology by integrating nonvolatile memory
function. this class of MIM-memory can be integrated
in the Beol in a relatively simple manner. It bases
on an electrically controllable nonvolatile insulator
resistance change of a MIM-structure between an insulating
(“off”) and a conducting (“on”) resistance
state. this memory type is known from the literature
as resistive random access memory (RRAM) approach.